Minggu, 17 Februari 2013

SPILLWAY BANGUNAN UTAMA BENDUNG DAN BENDUNGAN DENGAN TIPE GERGAJI – MDG



Bismillaahirrohmaanirrohiim
SPILLWAY BANGUNAN UTAMA BENDUNG DAN BENDUNGAN
DENGAN
TIPE GERGAJI – MDG

Moch. Memed, IR, Dipl. HE, APU, PU-SDA
Dosen di Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, UNJANI

Ringkasan

Spillway merupakan kelengkapan utama yang harus ada pada beberapa jenis Bangunan air, seperti Bendungan, Bangunan Utama Bendung (Bendung), Checkdam, Saluran, Tanggul Saluran dan sebagainya. Spillway berfungsi untuk melimpahkan debit air yang dianggap berkelebihan dan untuk menanggulangi bahaya overtopping terhadap beberapa jenis kelengkapan Bangunan Air.
Terdapat beberapa jenis Spillway antara lain Spillway-Lurus dengan alinyemen mercu Spillway yang lurus dengan panjang (Lsp) yang sama dengan jarak kedua Tembok Pangkal Spillway (Bd). Disaming jenis Spillway Lurus dengan Lsp = Bd, terdapat beberapa jenis Spillway dimana panjang alinyemen Mercu Spillway (Lsp) diperpanjang dari lebar bentang Spillway (Bd) atau Lsp  > Bd, dengan tujuan utama untuk memperbesar kapasitas limpah Spillway dan untuk menurunkan tinggi muka air di udik Spillway (Hu), untuk debit Spillway (Qsp) yang sama.  Terdapat beberapa jenis Spillway dimana Lsp > Bd antara lain Spillway Lengkung, Spillway Labyrinth (Labyrinth = susunan yang membingungkan), Spillway Morning Glory dan sebagainya.  Spillway Labyrinth dengan bentuk alinyemen mercu Spilway terdiri dari beberapa komponen yang berbelok belok dengan setiap komponen belokan berbentuk trapezium (Labyrinth = susunan yang membingungkan).
Dengan tulisan ini diperkenalkan Spillway yang disebut Spillway Gigi Gergaji – MDG, yang sepintas lalu serupa dengan Spillway Labyrinth. Spillway Gigi Gergaji – MDG ini dikembangkan dari konsep Spillway Gigi Gergaji Runcing, dengan bentuk alinyemen mercu Spilway terdiri dari beberapa komponen yang masing gigi berbentuk gigi gergaji runcing, berbentuk geometri segi-tiga. Terhadap Spillway Gigi Gergaji Runcing ini telah diadakan Peyelidikan Hidraulik dengan Model (PHDM) atau Modeltest, dilakukan secara sistematik, yang menghasilkan (1) hubungan antara panjang gigi gergaji runcing (Lgr) dengan besar debit yang dialirkan Qsp) dan tinggi muka air di udik Spillway (Hu) yang bersangkutan. (2) Harga Lgr yang optimum (Lgro) yang menghasilkan Huo (Hu yang optimum) sesuai dengan debit Spillway tertentu (Qsp). Dengan Modeltest telah dicoba pula untuk memancung ujung atau puncak gigi gergaji runcing baik ujung runcing sebelah hilir maupun ujung runcing sebelah udik, dengan hasil bahwa dengan usaha pemancungan atau penumpulan ujung runcing Mercu Spillway sampai batas tertenu, sehingga kapasitas Spillway masih cukup tinggi, memberikan Hu yang relatif rendah dan optimal (Huo). Selanjutnya Spillway Gigi Gegaji Runcing berkembang menjadi Spillway  Gigi Gegaji Tumpul (dengan dimensi yang optimum). Dengan Modeltest pula dicari (1) hubungam antara jumlah gigi gergaji tumpul yang dipasang dalam bentang Spillway dengan lebar Bd (Ng = jumlah gigi di dalam bentang Spillway) dengan Hu untuk berapa macam debit Spillway (Qsp). (2) Jumlah gigi yang bisa memberikan Hu yang optimal (Huo) untuk Qdf dapat dipilih. Spillway Gigi Gegaji Tumpul dengan dimensi horizontal yang memberikan Huo untuk Qdf terpilih, selanjutnya dinamakan Spillway Gigi Gergaji –MDG atau Spillway Gergaji – MDG
Spillway tipe Gergaji-MDG ini, alhamdulillaah, telah dipakai sebagai Kelengakapn Utama Bendung, Bendungan dan Bangunan Air yang lain di (1) Bendungan (Bdgn) Way Rarem – Lampung,  (2) Bendung (Bdg) Kaliwadas – Karawang – Jawa barat, (3) Di Bangunan Sadap / Saluran Induk Tarum Barat – Jatiluhur, (4) Bdg Tami  - Jayapura - Papua, (5) Bdg Kalibumi – Nabire – Papua, (6) Bdg Nimbokrang – Jayapura - Papua, (7) Bdgn Sermo – Yogyakarta; (8) Bdg  Mansahang – Toili – Sulawesi Tengah, (9) Bdgn Kalola – Sulawesi Selatan,  (10) Pelimpah dari Sandtrap (11) Pelimpah Samping Terusan Randu dari  Sungai Komering –  Sumatra Selatan, (12) Bdg Biha – Lampung, (13) Rencana Bdgn Campang – Lampung, Bdgn  Keuliling – Aceh Besar. (14) Rencana Bdg / Checkdam Sangharus – Lampung.



*      Pendahuluan
Spillway  
  Banyak Bangunan Air dan Alat Peralatan Keairan yang memerlukan Spillway sebagai Kelengkapan Utamnya atara lain: Bendungan, Bangunan Utama Bendung (Bendung), Checkdam, Kantong Lahar, Saluran Irigasi, Tanggul Banjir, Bangunan Pembagi Air, Reservoir atau Bak Air dan sebagainya.  Bangunan Spillway juga diperlukan antara lain untuk mengalirkan air ke lebihan dari Danau, Kaldera gunung berapi (seperti G. Kelud dan G. Galunggung) dan dari Sungai.  Selanjutnya Spillway, yang akan lebih banyak disinggung di dalam tulisan ini adalah Spillway Bendung, Bendungan dan Checkdam dan yang sejenisnya.
     Spillway atau Pelimpah berfungsi untuk mengalirkan debit yang berkelebihan  dan untuk menurunkan muka air di udik dan di hulu Spillway tersebut. Spillway pada Bendungan, merupakan pengaman Tubuh Bendungan  dari bahaya overtopping, sedangkan pada Bendung dan Chekdam,  Spillway merupakan pengaman Tanggul Penutup, Tanggul Banjir dan Komponen Bangunan yang lain.
   Dengan adanya Spillway, elevasi muka air di udik Bangunan Air tersebut (EL. Hu) didesain tidak akan melampaui batas maksimum berkaitan dengan debit banjir rencana yang ditentukan atau dipilih (Qdf = Flood Design Disccharge).  
    Kelengkapan atau Komponen fisik Spillway antara lain: (1) Ambang atau Mercu Spillway yang mempunyai panjang alinyemen Spillway tertentu (Lps), (2) dua buah Tembok Pangkal (Abutment) Spillway yang ditempatkan di sebelah kiri dan kanan alinyemen Spillway. Pada Bangunan Utama Bendung, Tembok tersebut biasa  disebut dengan Tembok Pangkal Bendung.Tembok Pangkal Spillway membatasi alinyemen Spillway, dan hanya di antara dua Tembok Sisi  tersebut air dengan debit maksimum tertentu (Qdf) diperbolehkan mengalir.  Dibawah Spillway terdapat Ambang Spillway atau Tubuh Bendung. Ditinjau dari segi hidraulik, Komponen Spillway terdiri dari (1) Profil Basah Spillway dengan luas tertentu yang harus mampu melewatkan debit rencana banjir yang diperhitungkan (Qdf) dengan aman dan (2) profil basah yang disebut dengan Freeboard (berada di atas Profil Basah Spillway).  Jarak antara ke dua Tembok Pangkal Spillway dinamakan lebar Spillway (=Bd). Panjang alinyemen Mercu Spillway, disingkat panjang Spillway diberi notasi dengan Lsp.  Tinggi air diudik Spillway dihitung dari Mercu Spillway diberi notasi dengan Hu, dan debit yang mengalir diatas Mercu diberi notasi dengan Qsp.  
     Ditinjau dari segi fungsi dan keamanan hidraulik, Spillway yang dianggap baik antara lain Spillway yang mampu melimpahkan debit (kapasitas Spillway) cukup besar, namun harga Hu harus relatif cukup rendah (maksimal atau optimal) dan Spillway memiliki dimensi struktur yang optimal pula.
Gagasan penggunaan Spillway Gigi Gergaji Runcing dan Spillway Gergaji-MDG
    Dengan tulisan ini disampaikan satu jenis Spillway yang disebut dengan Spillway Gergaji–MDG, dengan konsep yang dikembangkan dari pemikiran awal bagaimana memperpanjang  harga Lsp yang lebih besar kearah hulu dan hilir aliran, tanpa memperlebar bentang Spillway (Bd) ke arah luar alur atau badan sungai.  Alinyemen Mercu Spillway diberi bentuk Gigi Gergaji Runcing, yang boleh terdiri dari satu gigi atau serangkaian segi-tiga, yang dimensi panjang sisinya dapat dihitung dengan sangat mudah sederhana (untuk desain),  cukup dengan menggunakan rumus Phytagoras dan kaidah Ilmu Ukur Sudut tingkat pemula. Untuk lebar Spillway (=Bd), telah dicari, dengan Modeltest (percobaan trial and error), hubungan antara panjang Gigi Gergaji Runcing (=Lgr) dengan debit Spillway (=Qsp). Dari hasil Modeltest juga (percobaan trial and error untuk variasi parameter Lgr dan Qsp), dapat  diperoleh harga Lgr-maksimal (Lgrmak) yang memberikan Hu-minimal (Humin) dan juga harga Lgr-optimal (Lgro) yang memberikan harga Hu-optimal (Huo).  Spillway diberi nama Spillway Gigi Gergaji Runcing
  Kemudian, dalam rangka usaha mengoptimasikan dimensi hidraulik dan dimensi struktur Spillway, Spillway Gigi Gergaji ditumpulkan sehingga bentuk segi-tiga menjadi bentuk Trapezium. Dengan Modeltest bisa diketahui berapa panjang pemancungan Lgro dapat dilakukan sehingga, untuk debit Qsp yang tinggi, harga Hu masih cukup rendah dibandingkan dengan Hu pada Spillway Lurus. Selanjutnya Spillway Gigi Gergaji Runcing yang ditumpulkan tersebut  diberi nama Spillway Gigi GergajiMDG atau Spillway Gergaji – MDG. Dan Bangunan Utama Bendung yang mengunakan Spillway Gergaji telah dikenal dengan Bendung Gergaji.
   Gagasan Spillway Gigi Gergaji Runcing ini telah diterapkan pada High Head Tank  di laboratorium Hidraulika LPMA (sekarang Puslitbang Sumberdaya Air), dengan fungsi sebagai Menara Air, pemasok air ke Laboratorium / Model dengan debit relatif konstan. Debit yang disadap dari Menara tersebut akan konstan bila harga Hu konstan dan bukaan Pintu Penyadap tetap. Spillway Gigi Gergaji Runcing pada High Head Tank tersebut berfungsi untuk menjaga elevasi muka air di High Head Tank (Hu) agar tidak banyak berfluktuasi ( H) akibat perubahan debit (Q) atau agar harga ( H / Q) menjadi sekecil mungkin. High Head Tank memperoleh air dari Reservoir Bawah dengan pemompaan, dimana debit yang keluar dari pompa selalu berfluktuasi. Makin diperpanjang Lsp, maka akan makin kecil pula harga ( H / Q), sehingga debit air yang diambil dari High Head Tank untuk dialirkan ke Model (di laboratorium)  akan jauh lebih konstan. Seandainya secara langsung air diambil dari Reservor Bawah dengan pemompaan, maka debit yang dialirkan ke Model akan berfluktuasi, tidak konstan, hal yang tidak diharapkan.
  Sedangkan Bendung,  Bendungan dan Bangunan Air lain, yang dilengkapi dengan Spillway Gigi Gegaji MDG  (dengan satu buah gigi atau lebih), telah dibangun di Indonesia tidak kurang dari 12 buah.
 
*      Jenis Spillway
Terdapat dua kelompok besar Spillway  yaitu:
(1) Overflow Spillway dengan muka air  di udik Spillway (Hu) tidak bisa diatur. Namun ada ketrkaitan antar debit Spillway (Qsp) dengan Hu.
(2) Underflow Spillway dengan  debit dan muka air di udiknya dapat diatur dengan Pintu Air, (untuk Bendung Gerak).
Di bawah ini disebutkan beberapa jenis  Overflow Spillway
(1) Spillway-Lurus:  
Sebahagian besar Bendung Tetap, memiliki alinyemen mercu Spillway lurus terhadap kedua Tembok Pangkal Spillway (Tembok Pangkal Bendung), dengan panjang alinyemen Spillway Lsp = Bd; Spillway dengan Lsp = Bd tersebut sebutlah dengan Spillway-Lurus.
Bendung Burujul – Cipeles dengan Spillway Lurus

(2) Spillway-Lengkung
Bentuk lengkungan:  1) dengan alinyemen sreamline non lingkaran, satu buah lengkungan 2) Spillway Lingkaran dengan alinyemen berbentuk lingkaran dengan ukuran radius dan segmen tertentu. Spillway Lingkaran ini dapat terdiri terdiri dari satu atau lebih dari satu lingkaran dalam bentang Spillway.
   Di Indonesia, hanya ada beberapa Bendung yang dibangun dengan alinyemen Spillway dilengkungkan, antara lain Bendung Cimulu (di Sungai Ciloseh – Tasikmalaya) dan Bendung Cihea-Cisokan (Cianjur Jawa Barat). Kedua Bendung tersebut, didesain berdasarkan idea logis (technical common sence) disertai keyakinan bahwa dengan memperpanjang alinyemen Spillway (Lsp) dan alinyemen Mercu Spillway dibuat teratur streamline, pasti Hu akan turun sebanding dengan perpanjangan Lsp. Desain tidak didukung oleh Modeltest.

Bendung Cihea – Cisokan dengan Spillway Lengkung
Di Indonesia, sejak tahun 1980-an beberapa Bendungan dibangun dengan Spillway-Lengkung yang desain hidrauliknya dimantapkan melalui Penelitian Hidraulik dengan Model / Modeltest.
Spillway Lengkung Bendungan Batutrgi
(3) Spillway Trapezium
Di dalam satu bentang Spillway dapat dipasang satu atau lebih bentuk trapezium).   Di luar Negeri, sejak tahun 1970-an telah dibangun beberapa Bendungan dengan panjang Spillway diperbesar dengan alinyemen mercu Spillway yang dibuat berlika-liku; Spillway tersebut dikenal dengan nama Spillway Labyrinth. Alinyemen Spillway terdiri komponen yang berbentuk Trapezium
(4) Spillway Gigi Gergaji Runcing
Pada tahun 1970 di Indonesia diperkenalkan Spillway tipe baru, yaitu Spillway tipe Gigi Gergaji Runcing yang juga dapat memperpanjang alinyemen Spillway (Lsp) gunamemperoleh Hu yang lebih redah dibandingkan Hu pada Spillway Lurus. Alinyemen Spillway dibuat bergerigi dengan jumlah gigi (Ng) yang banyak, dengan panjang tiap gigi (Lsp1) cukup panjang, sehingga total Lsp akan panjang pula. Alinyemen Spillway Gigi Gergaji Runcing dengan dasar geometrinya berbentuk segitiga tersebut, lebih sederhana dari bentuk geometri lengkung, berradius maupun trapezium
(5)  Spillway  Gigi  Gergaji Tumpul (Spillway Gigi Gergaji – MDG)
Konsep Spillway Gigi Gergaji Tumpul ini dikembangan dari konsep Spillway Gigi Gergaji Runcing dengan menumpulkan bagian gigi runcingnya, dengan maksud memperoleh Spillway yang optimal.   Selanjutnya Spillway Gigi Gergaji Tumpul disebut Spillway Gergaji – MDG.
  Konsep dasar Spillway Gigi Gergaji Tumpul ini, pertama kali diperkenalkan pada desain Bendungan Way Rarem di Lampung tahun 1970-an dan diterapkan pada pembangunannya. dengan jumlah gigi gergaji satu buah saja  dengan ujung gigi gergaji yang runcing ditumpulkan, sehingga alinyemen Mercu Spillway berbentuk traezium dengan ujung udik di-streamline-kan. Spillway Waduk Way Rarem  didesain berdasarkan hasil Modeltest. Pertimbangan yang mengharuskan dipakainya pelimpah Gergaji untuk Bendungan Way Rarem tersebut, karena dijumpai masalah dilapangan, bahwa tempat yang tersedia dikiri kanan rencana Spillway, tidak cukup tersedia untuk membangun Spillway Lurus, yang harus dapat melewatkan Qdf yang cukup besar = 1300 m3 / det, sehingga terpaksa alinyemen dibuat satu gergaji yang ujungna ditumpulkan lengkung. Spillway Way Rarem dilengkapi dengan “Upper Double Stilling Basin” sebagai alat pemecah enersi aliran yang melimpah dari Mercu Spillway. Keistimewaan Bendungan Way Rarem ini, selain menggunakakan Spillway Gergaji ialah alinyemen Chute Way berbelok yang relatif tajam dari arah memanjang Spillway. Dengan adanya Upper Stilling Basin di Chuteway tidak terdapat super elevated flow.
(6) Spillway Pilar Skotbalk
Diterapkan di Bendung Kalibumi – Nabire – Papua. Spillway ini sebelum dioperasikan sebagai Spillway Bendung, dapat dipergunakan sebagai Diversion Structure pada saat pelaksaanaan Tubuh Bendung.
Spillway Tambahan Bendung Kalibumi
(dengan fungsi ganda diversion Channel)
*      Usaha meningkatkan Kinerja Spillway
Spillway yang dianggap memiliki Kinerja Hidraulik yang baik,  bilamana di dalam desain diperhatikan hal hal sebagai berikut:
(1)  Spillway mampu melewatkan debit (Qsp) yang cukup besar; Spillway berkapasitas besar
(2)  Elevasi atau tinggi muka air di udik Spillway (EL+Hu atau Hu) relatif rendah (maksimal atau optimal) untuk Qdf.
(3)  Tinggi perubahan muka air Hu ( Hu) tidak banyak dipengaruhi oleh besarnya perubahan debit Spillway (Qsp), sehingga (Hu / Qsp) cukup kecil dan energi potensial airnya pun cukup konstan. Keadaan ideal ini dicapai dengan memperpanjang Lsp.
(4)  Dimensi hidraulik dan struktur Spillway dengan komponenya harus diusahakan optimal.
(5)  Semua gejala bermasalah yang mungkin terjadi pada Spillway harus dapat ditanggulangi atau diantisipasi dengan tuntas dan baik
(6)  Pola aliran yang baik di udik maupun hilir Mercu Spillway (mengghindarkaan gejala tidak meratanya pipa aliran dari hulu menuju Spillway, kecepatan dan debit, super elevated water level dan kavitasi
(7)  Peredaman enersi aliran di hilir Mercu Spillway yang cukup besar, sehingga penggerusan setempat di hilir Ruang Olakan Spillway
(8)  Untuk optimasi Struktur Chute Way dan ruang Olakan pada Spillway, debit rencananya tidak usah diambil sebesar Qdf.
(9)  Dan sebagainya.
  Rumus Umum Aliran di atas Mercu Overflow Spillway:
Qsp = Csp x Lsp x (Hu) n 3/2.
Catatan: Csp = koefisien aliran yang berhubungan erat dengan harga koefisien n, yang harganya bergantung kepada berbagai parameter Qsp, dimensi dan bentuk geometri Mercu, Tinggi Tubuh Bendung / Spillway, Tembok Sisi, endapan, arah aliran dan sebaginya. Angka Csp dan n  hanya bisa diperoleh melalui dengan analisa dan evaluasi hasil Modeltest.
   Sebagian besar akhli Hidraulika mengambil n = 3 /2, dengan harga Csp dicari melalui Modeltest. Hasil pencatatan Modeltest biasanya dituangkan kedalam Tabel, Grafik Aliran atau yang biasa disebut dengan Lengkung Debit (Rating Curves) dan Rumus Aliran boleh disebut dengan Model Matematik Aliran Empirik (Empirical Mathematical Flow Model).
    Dengan lebar bentang Spillway (Bd) dan debit Spillway (Qsp) yang sama,  berdasarkan hasil Modeltest, Lengkung Debit Spillway yang memiliki Lsp yang lebih panjang, akan berada dibawah Lengkung Debit Spillway dan lebih mendatar,   dibandingkan dengan yang memiliki Lsp yang lebih pendek. Lengkung Debit yang lebih mendatar berarti harga (Hu / Qsp) akan lebih kecil, atau perubahan debit relatif tidak banyak berpengaruh terhadap harga Hu.  ( Hu) = peninggian / perubahan Hu dan ( Qsp) = peninggian / perubahan debit. Dengan memperkecil harga Hu akan diperoleh beberapa keuntungan, selain mampu mengurangi bahaya banjir yang akan terjadi di hulu Bendungan, Bendung dan Bangunan Air yang lain akibat pembendungan. 
    Untuk debit sebesar (Qsp), yang mengalir di atas mercu Spillway, tinggi air di udik Spillway (Hu) dapat dihitung dengan rumus aliran Qsp = Csp x Lsp x (Hu) 3/2.  Makin panjang Lsp diambil, maka Hu dan ( Hu/Qsp) makin kecil.
   Pada Bendung dengan Spillway Lurus, penambahan Lsp dilakukan dengan pelebaran (Bd) dengan menggeser Tembok Pangkal Bendung atau Pangkal Spillway ke luar alur sungai atau coupure. Hal tersebut akan mengambil tempat atau lahan diluar Badan Sungai.
  Harga Lp dapat diperbesar tanpa memperbesar Bd kearah samping, tetapi dengan memperpanjang Lsl dilakukan ke arah hulu dan atau ke arah hilir sumbu memanjang Spillway. Pada Bendung dan Bendungan dengan Spillway Lengkung, perpanjangan alinyemen mercu Spillway (Lsp) biasanya dialakukan kearah hulu , dengan perpanjangan Lsp terbatas.
*      Penyelidikan Hidraulik dengan Model Spillway-Lurus,  Spillway Gigi-Gergaji- Runcing dan Spillway Gigi-Gergaji-Tumpul (Spillway Gigi Gergaji – MDG)
Penelitian Hidraulik Dengan Model (PHDM) yang berhubungan dengan Spillway-Gergaji mula mula dilakukan di Laboratorium Hidrolika, dengan mengadakan serangkaian percobaan pengaliran dengan menggunakan berbagai macam Model Spillway yang ada relevansinya dengan Spillway Gigi Gergaji – MDG.
§  Jenis Model yang dipergunakan untuk PHDM Spillway 1) Model dua dimensi dan Model tiga dimensi, 3) Undistorted dan Distorted Model, 3) Fixed Model, Movable Model dan Hybrid Model.
§  Maksud dan Tujuan Model-test Spillway dua dimensi:
Menyelenggarakan percobaan pengaliran secara mendasar dan sistematik - trial and error untuk mencari alternatif konsep yang lebih baik,  optimal, mencari hubungan antara debit yang mengalir dan tinggi air di udik Spillway (grafik atau lengkung debit atau Rating Curves).
§  Seri Model Spillway dua dimensi dalam rangka mengadakan percobaan trial and error:
(1) Spillway Lurus (Model Seri – 0),
(2) Spillway Gigi Gergaji Runcing (Model Seri-1.1, Model Seri-1.2, Model Seri-1.3,  Model Seri 1-4, Model Seri-1.5 dan Model Seri-1.6),
(3) Spillway Gigi Gergaji terpancung di bagian hilir (Model Seri – 1.1 s/d Seri-1.6.)   
(4) Spillway Gigi Gergaji terpancung di bagian udik (Model Seri-2-1, Model Seri-2-2, Model Seri-2-3, Model Seri-2-4, Model Seri-2-5, Model Seri-2-6). 
(5) Model model dengan jumlah gigi yang berbeda ditempatkan di dalam bentang Spillway selebar Bd:  1) Model satu gigi 2) Model dua gigi, 3) Model empat gigi, 4) Model delapan gigi dan 5) Model dengan  jumlah gigi tak terhingga yang berarti Spillway Lurus.
(6) Model model Spillway Gergaji dengan variabel radius Mercu Spillway.
(7) Model model Spillway dengan diberi endapan sedimen di udik Spilway dengan variabel tinggi endapan (Movable model).
Model Spillway dua dimensi tersebut ditempatkan di dalam Saluran Percobaan (Test Flume) dengan lebar
§  Percobaan pengaliran dengan Model Spillway Lurus (Model Seri - 0)
 Hasil Percobaan dengan Model Seri – 0 diperlukan sebagai pembanding untuk  Spillway jenis yang lain
§  Percobaan pengaliran dengan Model (PHDM) Spillway Gigi Gergaji Tumpul
PHDM mulai dilakukan secara khusus dan sistematik sekitar tahun 1980-an, sejalan dengan direncanakan pembuatan Bendung Gerak Ciwadas yang dari muara laut hanya berjarak 200 m, yang akan digunakan sebagai pemasok air tawar ke Tambak Inti Rakyat (TIR) Presiden Suharto.  Atas dukungan dari Menteri PU, pada saat itu dijabat oleh Bpk. DR, IR Soeyono Sosrodarsono, Bendung Gerak boleh diganti dengan alternatif  lain yaitu Bendung dengan Spillway Tipe Gegaji bergigi tujuh yang dilengkapi dengan Pintu Bilas Bendung – Undersluice yang juga dapat berfungsi untuk mengalirkan sebahagian debit banjir. Desain Hidraulik Bendung Ciwadas ini diperkuat oleh PHDM di Laboratorium PUSAIR.

Foto Bendung Ciwadas – karawang
dengan Spillway Gigi Gergaji - MDG
Foto Bendung Tami – Jayapura
dengan SpillwaiyGigi Gergaji - MDG
§  Percobaan percobaan Pengaliran dengan Model dua dimensi dan Hasilnya:
Terhadap Model model Spillway dengan bermacam Seri tersebut di atas selanjutnya dilakukan percobaan pengaliran dengan variabel debit. Kemudian diperhatikan bagaimana pola aliran yang terjadi di udik Spillway, dihilir Mercu Spillway dan di hilir Bangunan Spillway.  Parameter aliran yang harus dicatat ialah besarnya debit yang dialirkan (Q), tinggi muka air di udik dihitung dari elevasi Mercu Spillway (Hu) dan dihilir Spillway (Hi). Pada percobaan pengaliran dengan Model Spillway Gergaji ini,  harus ditentukan bahwa elevasi Mercu Spillway cukup tinggi sehingga keadaan aliran merupakan aliran sempurna (volkomen / perfect flow), sehingga elevasi Hi tidak berpengaruh terhadap lengkung debit.
Hasil Percobaan percobaan Pengaliran: berupa beberapa macam lengkung debit yang pada dasarnya merupakan Grafik yang menyatakan hubungan antara parameter tinggi muka air di atas Mercu Spillway (Hu) dengan debit (Q), untuk keadaan di udik Spillway tidak ada endapan dan dengan ada endapan dengan variabel tinggi  dan keadaan variabel besar radius Mercu Spillway.
§  Model Spillway tiga dimensi
disiapkan dalam rangka mengadakan percobaan pengaliran untuk memantapkan desain hidraulik Spilway Bendung dan Bendungan yang akan dibangun di lapangan (prototipe)
*      Percobaan pengaliran dengan Model Spillway-Lurus dan Spillway- Gigi Gergaji
(1)  Percobaan pengaliran dengan Model Spillway Lurus (Model Seri - 0)
Percobaan menggunakan Model Seri-0: dimana ainyemen Spillway tegak lurus terhadap dinding Saluran Percobaan. Lebar Saluran = Bd, panjang alinyemen Sillway Lsp = Bd  (atau pada Spillway Gigi Gergaji Runcing Lgr = 0 atau Lgr / Bd = ∞). 
Terhadap model Seri-0 ini telah diadakan percobaan pengaliran dengan mengalirkan beberapa macam debit Qm  = q  liter / detik / m’.
Hasil Percobaan pengaliran:  berupa Lengkung debit atau grafik hubungan antara besar debit dan tinggi muka air di udik Spillway-Lurus (Hul). Lengkung debit / grafik dapat dipelajari pada  Gambar 1  (khusus untuk Lgr / Bd = ∞). 
(2)  Percobaan Pengaliran dengan Model Spillway Gigi Gergaji Runcing
(Model Seri – 1.1 s/d Seri – 1.6 )
Model Spillway Gigi Gergaji Runcing terdiri dari Model Seri-1.1, Seri-1.2, Seri-1.3, Seri-1.4, Seri-1.5 dan Seri-1.6, merupakan model dengan alinyemen Spillway berbentuk Gigi Gergaji Runcing, dengan harga Lgr masing masing yaitu Lgr-1 = 0.00 x Bd, Lgr-2 = 0.50 x Bd, Lgr-3 = 0.75 x Bd, Lgr-4= 1.00 x Bd, Lgr-5 = 1.25 x Bd, Lgr-6 = 1.50 x Bd (Lgr makin panjang dari Lgr-6 = 0).  Di Saluran Percobaan dengan bentang Spillway = 1.00 m ditempatkan dua buah gigi gergaji runcing dengan
Model Spillway Gigi Gergaji Runcing dengan dipasang di saluran kaca percobaan (Ligat gambar-1).
Percobaan pengaliran dengan model Gigi Gergaji Runcing dengan variabel Lgr atau Lgr / Bd dilakukan dengan mengalirkan beberapa variasi debit Qm  = q  liter / detik / m’ yang ditentukan.

  Skema Spillway Gigi Gergaji Runcing        Gambar Grafik Lgr/Bd, Qm dan Hu
Percobaan pengaliran dengan model model Seri – 1.1 s/d Seri – 1.6 dilakukan untuk mecari Lgr yang optimal (Lgro) untuk besar debit percobaan tertentu (Qsp)
Tujuan percobaan pengaliran: Untuk mengetahui pengaruh hubungan antara Lgr / Bd terhadap tinggi muka air di udik Spillway (Hu) dengan beberapa macam debit aliran Qm; Mencari harga Lgr / Bd yang memberikan penurunan Hu yang optimal (Huo)
Hasil percobaan pengaliran dengan Model Spillway Gigi Gergaji Runcing dengan variabel Lgr / Bd dengan intrepestasinya
 (Model Seri – 1.1 s/d Seri-1.6 masing masing dua buah gergaji dalam bentang Bd):
1)      Grafik yang menyatakan hubungan antara Lgr / Bd dengan Hu untuk beberapa macam debit percobaan Qm (Q1, Q2, Q3, dan Q4), dapat dilihat pada Gambar Grafik – 1. 
2)      Terbukti, bahwa makin besar harga Lgr / Bd, makin rendah diperoleh harga Hu dan pada domein Lgr / Bd  tertentu, dari grafik lengkung debit dapat dilihat bawa penurunan Hu dari Huo yang tajam tejadi dari batas Lgr / Bd = 0 sampai + Lgr / Bd = 1.00, dan selanjutnya penurunan Hu melandai / mengecil dan grafik berbentuk asimtotik. Hal tersebut berarti bahwa dari Lgr / Bd   > 1.00, penambahan Lgr / Bd tidak menghasilkan penurunan (Hu) yang berarti.
3)      Dari grafik grafik untuk Qm (di model) = Q1, Q2, Q3 dan Q4 dapat diketahui domein  (Lgr / Bd) yang optimal (Lgr / Bd)optimal atau (Lgro / Bd), dan diambil  (Lgro / Bd) = 1.00  atau
Lgro = 1.00 x Bd
(untuk dua buah gigi gergaji dalam bentang Spillway Bd).
4)      Melalui perhitungan goniometri yang sederhana, untuk bentang Spillway = Bd, diperoleh panjang alinyemen Spillway Lspr yang optimal, Lspro = 4 x  (1.0625) 1/2 x Bd = 4.123105626 x  Bd dan dengan pembulatan diperoleh  Lspro = 4.123 x Bd
(3)  Percobaan Pengaliran dengan Model Spillway Gigi Gergaji Runcing dan Spillway Gigi Gergaji Tumpul
 Idea pemancungan  Gigi Gergaji Runcing bertujuan:
1) Men-streamline-kan ujung gigi yang runcing,
2) Memperpendek panjang alinyemen (Lsp). Spillway Gigi Gergaji Runcing sehingga berubah bentuk menjadi Gigi Gergaji Tumpul (optimasi struktur),
3) Meperpendek Fundasi Tubuh Spillway (optimasi struktur).
   Dengan memancung bagian yang runcing Gigi Gergaji berarti memperpendek Lsp, akan mengakibatkan naiknya tinggi muka air pada Spillway Gigi Gergaji Tumpul, dibandingkan dengan tinggi muka air pada Spillway Gigi Gergaji Runcing.
Percobaan pemancungan dilakukan baik terhadap bagian runcing di hilir maupun yang berada di udik Spillway.
Panjang pemancungan dari Gigi Gergaji Runcing menjadi Gigi Gergaji Tumpul (GGT), harus dibatasi sehingga tetap akan memperoleh harga Hu yang masih kecil dan dicari Hu yang optimal.  Batas optimum panjang pemancungan dapat di dicari melalui Modeltest sistematik.
Percobaan pengaliran dengan Model Spillway Gigi Gergaji ditumpulkan di bagian hilir dan hasilnya.
Model yang disiapkan untuk percobaan pengaliran ialah Model Seri 2.1, Seri 2.2, Seri 2.3, Seri 2.4, Seri 2.5 dan Seri 2.6. dengan panjang Spillway Gigi Gergaji Tumpul (Li) masing masing Seri adalah Li1 = 1.50 Bd (Gigi Gergaji Runcing, tidak dipancung), Li2 = 1.25 Bd,  Li3 = 1.00 Bd, Li2 = 0.75  Bd, Li3 = 0.50 x Bd, Li4 = 0.25 x Bd 
Percobaan pengaliran dengan Model Spillway Gigi Gergaji Tumpul di bagian udik dan Hasilnya
Enam buah model yang dibuat untuk percobaan, yaitu Model Seri-2-1 dimana kedua gigi masih runcing dengan Lgr = 1.50 Bd,  Seri-2-2 dimana ujung gigi yang runcing dipancung sehingga Lu = 1.28 Bd, dan seterusnya Model Seri-2.3 dengan Lu = 1.00 m, Model Seri-2.4 dengan Lu = 0.80 x Bd, Model Seri-2.5 dengan Lu = 0.50 x Bd, Model Seri-2.6 dengan Lu = 0.30 x Bd dan Model Seri-0 dengan Lu / Bd = Lgr / Bd = 0.  Panjang pemancungan Gigi Gergaji Runcing = p = 1.50 /Bd - Lu
Hasil Percobaan Pengaliran
  Hasil percobaan pengaliran dituangkan ke dalam Gambar Grafik 2 dan Gambar Grafik 3, berisi grafik grafik yang menyatakan hubungan antara panjang panjang Gigi Gergaji Tumpul (Lu atau Li) dengan tinggi air Hu, untuk beberapa macam debit percobaan.
Gambar Grafik 2  menunjukkan hubungan antara 4 macam debit percobaan dengan Lu, untuk model Spillway GGT–Udik, sedangkan Gambar Grafik 3  menunjukkan hubungan antara 4 macam debit percobaan dengan Lu,  untuk model Spillway GGT–Hilir.
Dari Gambar Grafik 1  dan Gambar Grafik 2 terlihat pengaruh pemancungan terhadap kenaikan Hu.
Kesimpulan / Identifikasi:
1)      Dari Gambar Grafik 2, diketahui bahwa  pada harga Li / Bd  =  1.00, untuk semua debit percobaam, diperoleh harga Hu yang masih rendah optimum dibandingkan dengan Hu pada Spillway Gigi Gergaji Runcing. Dengan Li / Bd = 1.00, berarti bagian gigi runcing dipenggal dari dari sebelah hilir sebesar 0.25 x Li
2)      Dari Gamnbar Grafik 3,  diketahui bahwa pada harga Lu / Bd  =  1.00, berarti bagian gigi runcing dipenggal dari dari sebelah hilir sebesar 0.25 x Lu
3)      Dengan pemancungan ujung hilir dan ujung udik Spillway Gigi Gergaji Runcing berubah bentuk menjadi Spillway Gigi Gergaji Tumpul, sebesar (0,25x Li + 0.25 Lu), maka  harga Hu tidak jauh dari harga Huo untuk Spillway Gigi Runcing dengan Lgr yang optimal (Lgro = 1.00 x Bd).
4)      Dengan demikian panjang Spillway Gigi Gergaji Tumpul yang memberikan Hu yang optimal sepamjang Lgo = Lgro – (0.25 x Lu + 0.25 x Li) = 1.00 x Bd - 0.50 x Bd  = 0.50 x Bd
5)      Selanjutnya Spillway Gigi Gergaji Tumpul yang optimal disebut  Spillway Gergaji tipe – MDG
(4)  Menentukan dimensi horizontal Spillway Gigi Gergaji Tumpul yang optimal
1)      Panjang Spillway Gigi Gergaji Runcing yang optimal diambil dengan Lgro = 1.00 x Bd.
2)      Pemancungan Gigi Gergaji Runcing yang optimal diambil dengan Lu = 0.25 x Lgro = 0.25 x Bd dan Li = 0.25 x Lgro = 0.25 x Bd
3)      Panjang Gigi Gergaji Tumpul menjadi Lgo = Lgro – 2 x Lgro
Lgo = 0.50 x Bd
Insert Gambar Dimensi Horizontal Spillway tipe  Gergaji-  MDG
(Gambar Denah Spillway tipe Gergaji –  MDG – 2 gigi)

4)    Selanjutnya Spillway ini disebut  Spillway Gergaji – MDG. 
5)    Lengkung Debit untuk Spillway Gergaji –  MDG – 2 gigi dalam bentang Bd, hasil Modeltest, dapat dilihat pada Gambar - 3

(5)  Percobaan pengaliran dengan Model Spillway Gergaji – MDG dengan variabel  jumlah gigi dalam satu bentang Spillway
  Setelah diperoleh dimensi horizontal Gigi Gergaji Tumpul yang optimal (Spillway Gigi Gergaji – MDG), dengan jumlah gigi dua buah (Ng=2) yang ditempatkan pada bentang Spillway dengan lebar Bd, maka selanjutnya dilakukam percobaan pengaliran dengan model dimana di dalam saluran percobaan Spillway dengan bentang = Bd, ditempatkan jumlah Gigi Gergaji Tumpul yang optimal (Ngo) berbeda beda yaitu Ngo = 1 buah, Ngo = 2 buah, Ngo = 4 buah, Ngo = 8 buah dan Ngo= (Spillway-Lurus). Tujuan serangkaian pecobaan pengaliran dengan Ngo yang berbeda ditempatkan pada Spillway dengan bentang yang sama = Bd , ialah untuk mencari   Lengkung Debit Spillway untuk masing masing Ngo. Hasilnya dapat dilihat di dalam Gambar Grafik di bawah ini.

    Dari Grafik grafik Lengkung Debit tersebut dapat diketahui, bahwa untuk debit percobaan pengaliran yang sama (qm), tinggi muka air (Hu) pada model dengan Ngo yang makin banyak, maka harga Hu akan makin tinggi.
    Untuk besar Debit aliran tertentu, dapat dibuatkan Grafik yang menyatakan hubungan antara jumlah gigi Spillway tipe MDG (Ng) dengan tinggi muka air di udik Spillway (Hu)
 Untuk Ng =  ∞ harga Lg∞ / Bd = 0; Untuk Ng =  8 harga Lg8 / Bd =; Untuk Ng =  4 harga Lg4 / Bd =; Untuk Ng =  2, harga Lg2 / Bd = 0.75; dan Untuk Ng = 1, harga Lg∞ / Bd = 1;


(6)  Percobaan pengaliran untuk mengetahui pengaruh tinggi endapan yang berada di udik Spillway terhadap kapasitas Spillway
Terhadap Spillway Gergaji – MDG – 2 gigi, telah diadakan percobaan pengaliran dengan berbagai macam besar debit, dimana sebelum pecobaan pengaliran di udik Spillway dilakukan penimbunan sedimen dengan variasi elevasi timbunan.  Hasil Model Test: 1) Lengkung Debit sebagai hasil percobaan pengaliran dapat dilihat di Gambar / Grafik MGD-5. 2) Dari Grafik tersebut terlihat bahwa keadaan tinggi endapan sedimen tidak banyak terpengaruh terhadap kapasitas limpah / Lengkung Debit Spillway. 3) Dengan debit agak besar ternyata sedimen yang ditimbunkan serata dengan Mercu Spillway dapat tergerus dan hanyut ke hilir dengan mudah, karena terjadi turbulensi dan percepatan aliran di udik dan di gigi Spillway. Lihat Gambar / Grafik MDG-6.

Gambar / Grafik MDG-6

(7)  Percobaan pengaliran untuk mengetahui pengaruh radius Mercu Tubuh Spillway terhadap kapasitas Spillway
Terhadap Spillway Gergaji – MDG – 2 gigi, telah diadakan percobaan pengaliran dengan beberapa alternatif besar radius Mercu Spillway.  Dari Grafik Lengkung debit dapat diambil kesimpulan bahwa besar radius Mercu Spillway tidak berpengaruh terhadap kapasitas limpah / Lengkung Debit Spillway. Lihat Gambar / Grafik MDG-7

     Gambar / Grafik MDG-7
*      Kelebihan Spillway Gergaji - MDG
     (Dibandingkan dengan Spillway Lurus, Lengkung, Beradius dan Labyrinth)
(1)  Perpanjangan alinyemen Spillwsy kearah hilir dan udik  dalam arah memanjang jauh lebih menguntungkan daripada dengan mengadakan pelebran bentang Spillway ke arah melintang sumbu Spillway.
(2)  Untuk Qb dan Bb yang sama harga Hu untuk Spillway Gergaji lebih rendah dari Hu untuk Spillway Lurus.
(3)  Dengan Hu yang bisa ditekan lebih rendah, maka elevasi dekzerk komponen Bangunan Air BUB dan Waduk berupa Pangkal Bendung / Spillway, Mercu Bendungan, Mercu Tanggul Penutup, dan Tanggul Banjir diudik Bangunan Air yang berspillway akan menjadi lebih rendah. Hal ini akan meningkatkan keamanan struktur dan penurunan biaya pembangunan bangunan air tersebut
(4)  Makin kecil harga Hu, maka luas penggenangan diudik Bangunan akan menjadi jauh lebih kecil, dapat mengurangi gangguan terhadap lingkungan
(5)  Dengan Hu yang lebih rendah, dikombinasikan dengan adanya pintu bilas, bendung, tipe Gergaji cocok digunakan didaerah pedataran rendah, sebagai pengganti Bendung Gerak. Tanggul penutup dan tanggul banjir akan bisa diperendah.
Dengan tipe Gergaji peninggian atau penurunan Hu akibat fluktuasi perubahan debit ( H / Q) menjadi lebih kecil sehingga:
1) Elevasi muka air diudik Pelimpah Gergaji relatif konstan.
2) ( H / Q) yang lebih kecil akan sangat menguntungkan untuk pembangkitan tenaga air dengan turbin (Pembangkit Listrik Tenaga Air), akan diperoleh debit intake dan pelimpah yang relatif konstan, sehingga akan diperoleh energi yang lebih konstan untuk memutar Turbin,
3) mengurangi bahaya rapid draw down yang berpengaruh terhadap gejala longsoran tebing dan kerusakan tembok perkuatan tebing
(6)  Aliran air dari udik akan merata di sepanjang bentang Spilway Gergaji = Bb
(10)    Endapan sedimen di udik Bendung tidak akan mengurangi kapasitas Spillway
(11)    Koefisien pengaliran Spillway tidak banyak terpengaruh oleh besar radius Mercu Spillway.
(12)    Pertambahan enersi potensial akibat pembendungan, akan diredam dengan sangat baik diruang olakan pertama yang berada tepat dihilir mercu pelimpah. Air terjun dari mercu akan saling bertabrakan dan enersi terjunan kehilir akan diperlemah, sehingga daya gerus lokal trhadap dasar sungai dihilir akan lebih kecil.
(13)        Peredam enersi dihilir Bangunan Bendung yang diperlukan untuk menanggulangi penggerusan tidak ditentukan oleh tinggi Hu atau EL.+ Hup diudik bendung tetapi oleh elevasi muka air dihilir mercu pelimpah (EL.+ Him)
(14)        Tinggi terjun (=Z) yang diperhitungkan untuk menentukan dimensi Peredam Enersi Bangunan Bendung:
(15)        adalah Zgp = EL.+ Himp – EL.+ Hsip, untuk bendung tipe Gergaji dan
(16)        bukan sebesar Zudp = El.+ Hup – EL.+ Hsip, untuk bendung Konvensionall yang lebih besar dari Zgp,
(17)        Gejala terjadinya cross wave dan ketidak samaan tinggi air serta kecepatan aliran disaluran pengantar (chute way) bangunan pelimpah dapat dikurangi banyak
(18)        Bila tubuh bendung tipe Gergaji dibuat dari materil beton bertulang, maka berat konstruksi akan relatif lebih ringan, sehingga sangat cocok dibangun di lapangan dengan kondisi tanah yang relatif lembek, dengan fundasi dilengkapi cerucuk kayu dolken
(19)        Perhitungan hidraulis dalam desain hidraulis bendung / pelimpah tipe Gergaji relatif sangat sederhan dan mudah; grafik yang digunakan cukup hanya Grafik MDG – 4.
(20)        Dengan konstruksi beton pelaksanaan dan pemeriksaan mutu struktur dapat lebih mudah diawasi dan dilakukan.

*      Persyaratan Khusus untuk Desain   Bendung  dan  Pelimpah  tipe Gergaji
(1)  Persayaratan umum untuk desain Spillway Gigi Gergaji – MDG, hampir sama yang harus diberlakukan untuk desain Spiollway / Tubuh Bendung Lurus biasa.
(2)  Hal ini berarti bahwa fungsi dan keamanan Bangunan dengan Kelengkapannya harus tercapai sesui dengan yang direncanakan.
(3)  Semua gejala yang akan atau mungkin akan menimbulkan masalah negatif harus diperhitungkan dan diantisipasi atara lain dengan melengkapi Spillwa/ Tubuh Bendung selengkap mungkin, disertai tersedianya Aturan Peraturan yang harus disiapkan untuk digunakan dengan taat dalam kegiatan pelaksanaan, pengoperasian, pemeliharaan dan pengamanan.
(4)  Adapun kelengkapan tubuh bendung yang harus dipasang untuk mengantisipasi gejala-gejala bermasalah yang harus diperhitungkan dalam desain Bangunan Air - Bangunan Air yang memerlukan Tubuh Bendung dapat dilihat pada Tabel l terlampir ------
(5)  Agar Pelimpah Gergaji berfungsi sesuai dengan tujuannya, maka Elevasi mercu bendung EL. +Mb harus didesain sedemikian rupa sehingga aliran yang melewati mercu pelimpah benar-benar merupakan aliran sempurna (volkomen – perfect flow).
(6)  Muka air diruang olakan dihilir mercu tubuh bendung Gergaji (= EL.+ Him) dan muka air sungai atau saluran dihilir Bangunan Bendung (= EL.+ His) tidak boleh sedemikian tinggi sehingga mempengaruhi kapasitas pelimpahan karena aliran menjadi tidak sempurna (onvolkomen – unperfect flow)
(7)  Mengingat elevasi muka air sungai dihilir Bangunan Bendung akan bisa lebih tinggi kalau terjadi agradasi dasar sungai atau pasang atau karena kenaikan muka air laut, maka kemungkinan terjadinya gejala-gejala bermasalah tersebut harus benar-benar diperhitungkan dalam menentukan elevasi mercu tubuh bendung. Mercu bendung harus didesain sedemikian tinggi sehingga tetap memperoleh aliran sempurna
(8)  Elevasi lantai olakan dihilir mercu bendung  tipe Gergaji (= EL.+ Hlim) jangan didesain terlalu tinggi, sedemikian rupa sehingga aliran yang melimpah diatas mercu menjadi tidak sempurna. Peninggian EL.+ Hlim ini menimbulkan pula tinggi terjun yang harus diperhitungkan untuk desain Peredam Enenersi Bangunan Bendung (= Zgf) menjadi lebih besar, meskipun ditinjau dari kekuatan struktur tubuh bendung akan lebih menguntungkan

*      Pra Desain Hidraulik Spillway Gergaji – MDG untuk Checkdam dan Bangunan Utama Bendung
Pendahuluan
(1)  Fungsi Checkdam:
(2)  Kelengkapan Utama Chekdam adalah : Tubuh Bendung dengan Komponennya, Spillway dengan Freeboardnya, Tembok Sisi yang terdiri dari Tembok Pangkal Bendung / Spillway, Tembok Sayap Hilir, Tembok Sayap udik dan Pengarah Aliran, Tanggul Penutup, Tanggul banjir, Jalan-Jembatan  dan sebagainya
(3)  Fungsi  Bangunan Utama Bendung: Meninggikan muka air sungai dan memasok air sungai ke Instalasi Pengguna Sumberdaya Sungai (Pertanian / Irigasi, PLTA,  Air Minum, Perkotaan, Industri dan sebagainya)
(4)  Kelengkapan Bangunan Utama Bendung: terdiri dari Kelengkapan Checkdam ditambah dengan Kelengkapan Utama berupa Bangunan Intake dengan Kelengkapan dan Komponennya.
(5)  Desain Checkdam dan Bangunan Utama Bendung (Bendung) harus dilaksanakan oleh sekelompok ahli dalam Rekayasa Keairan dengan anggota yang ahli / berkompeten dalam antara lain bidang Geodesi / Pengukuran, Hidrometri, Hidraulika Sungai dan Bangunan Air, Rekayasa Bangunan Air khususnya Bendung dan Bendungan,  Mekanika dan Srtuktur Tanah, Ahli Struktur termasuk Struktur Jalan dan Jembatan,  Penggambaran (manual dan atau digital), Modeltest, Lingkungan Keairan-Sosbudek dan sebagainya.
(6)  Banguan Air di Sungai yang berupa Checkdam, seandainya dilengkapi dengan Kelengkapan Intake, maka Bangunan Air tersebut berubah fungsi menjadi Bangunan Utama Bendung (Bendung).
(7)  Tahap Desain: Pra Desain, Desain Hidraulik (melalui Modeltest bila dianggap perlu), Desain Struktur dan Desain Lengkap (Detail Design)
(8)  Contoh Desain yang diuraikan selanjutnya difokuskan kepada contoh Desain Hidraulik Chekdam tanpa melalui Modeltest.
(9)   
Tahap Desain:
(1)  Desain merupakan salah satu tahap dari kegiatan Rekayasa Pembangunan Bangunan Air.
(2)  Desain harus melaui tahap Rekayasa sebelumnya yaitu SIPI, Studi Kelayakan Konsep dan Perencanaan
(3)  Tahap SIPI (Survei -  Investigasi-Penelitian-Identifikasi) dalamrangka Desain harus dapat menghasilkan Data, Informasi sekunder dan primer serta Identifikasi masalah yang berkaitan dan diperlukan untuk Desain, Pelaksanaan Konstruksi, Pengoperasian, Pemeliharaan dan Pengamanan
(4)  Desain terdiri dari serangkaian kegiatan Penggambaran Desain Teknis dan Penyusunan Nota Desain
Langkah Desain Checkdam
(1)  Mempelajari dokumen Perencanaan Pengelolaan Sumberdaya Morfologi Sungai, dimana semua lokasi Bangunan Air Sungai yang ada telah tercantum dan Bangunan Air Sungai (termasuk Chekdam) yang perlu dibangun telah ditentukan lokasinya.
(2)  Menentukan Lokasi dan Tataletak Chekdam yang lebih tepat berdasarkan beberapa pertimbangan, ditugaskan kepada Ahli Rekayasa Bendung / Bendungan
(3)  Menentukan lebar alur sungai dominan (Bap)
(4)  Menghitung Debit Alur Penuh (Qap, Bankfull Discharge)
(5)  Menentukan Debit Banjir Rencana (Qdf) untuk desain Chekdam berdasarkan perhitungan Qap;  Qdf = (1.2 @ 1.5) Qap
(6)  Menentukan lebar bersih Spillway  (Bd) dan jenis Spillway. Untuk Spillway Lurus Bd = (1.0 @ 1.2) x  Bap, sedangkan untuk Spillway Gergaji-MDG, Bd dapat diambil Bd = 1.0 x Bap
(7)  Menentukan elevasi Mercu Spillway / Tubuh Bendung berdasarkan beberapa pertimbangan
(8)  Menghitung tinggi air (Hu) di atas elevasi Mercu Spillway untuk jenis Spillway yang dipilih dan menghitung backwater curve dengan keadaan di udik Spillway / Bendung belum ada pengendapan sedimen / agradasi dan keadaan di udik Bendung telah terjadi agradasi penuh sampai Mercu Spillway.
(9)  Menentukan Kelengkapan dan Komponen Checkdam dengan tipenya, berdasarkan fungsi dan manfaat serta kepentingan untuk menanggulangi masalah yang bersifat negatif yang berasal dari perlaku sungan dengan perubahannya dan masalah bersifat negatif yang terjadi akibat pembangunan dan pengoperasian Checkdam / Bendung. Masalah bersifat negatif yaitu masalah (dapat dikenali dari gejala gejalanya) yang dapat menimbulkan penurunan nilai fungsi / manfaat dan tingkat keamanan
(10)        Menentukan Freeboard dan elevasi Dekzerk Tembok Sisi, Mercu Tanggul Penutup dan Tanggul Banjir
(11)        Menentukan dan Desain Bangunan Air Pengendali Sungai untuk pengamanan Checkdam / Bendung.
(12)        Desain Srtuktur Kelengkapan dan Komponen Checkdam / Bendung.

Contoh Desain Hidraulik Ceckdam dengan Spillway Gigi Gergaji – MDG
Desain Hidraulik Ceckdam tersebut harus dapat dilaksanakan oleh para Sarjana Teknik Sipil bersertifikat Profesional Pemula degan advis dan bantuan Profesional Muda Sumberdaya Air
Diberikan Data, Informasi dan Ketentuan
(1)  Gambar Geometri / Situasi Badan Sungai 
(2)  Lokasi dan Tataletak Chekdam tertuang di dalam Gambar Situasi Sungai, telah ditentukan oleh Ahli Rekayasa Bendung / Bendungan. Chekdam direncanakn dibangun di Coupure, berada di lahan Bantaran Banjir.
(3)  Elevasi dasar alur sungai dihilir Coupure = EL.+ 280, 00 dengan Elevasi Bantaran Banjir = EL.+282
(4)  Debit alur penuh untuk desain Qap = 200.46 m3/det
(5)  Debit banjir rencana Qdf =  240.55 m3/det
(6)  Lebar alur sungai dominan rata rata Bap = 25.00 m dan lebar Spillway Bd = 25.00 m
(7)  Elevasi Mercu Spillway EL.+ 286.00
(8)  Dipilihkan Chekdam dengan Spillway tipe Gergaji – MDG, dengan Ruang Olakan tipe MDO
(9)  Struktur Checkdan dari Beton bertulang
Langkah Desain:
(1)  Untuk mampu melakukan Desain, siapakan terlebih dahulu Kaidah-kaidah Empirik yang diperlukan untuk Desain Bangunan Utama Bendung, khususnya untuk Desain Spillway Gigi Gergaji –MDG. Dan pergunakanlah Gambar Tipikal Standar Checkdam / Bendung dengan Spillway tipe Gergaji-MDG
(2)  Pilih jumlah gigi (Ng) yang optimum (Ngo) untuk ditempatkan di bentang Spillway selebar Bd = 25.00 m (di prototipe) untuk Qdf = 240.55 m3/det (di prototipe).  Spillway dengan Bd = 25.00 m (di prototipe).
(3.1)      Untuk Spillway dengan Ng = 4
Prototipe dijadikan Model dengan Bdm = 1.00 m, berarti skala geometri model Nh = 25 dan Nq = 255/2 = 3125; dan Qm = 3125 x qm, dan untuk Qp = 240.55 m3/det, maka qm =  240.550 / 25 5/2 = 0.0775 m3/det = 77.55 liter/det dan Hup4 = 25 x 7.8 x 100 m = 1.95  m.
(3.2)      Untuk Spillway dengan Ng = 2
Untuk Qp = 240.55 m3/det, maka qm =  240.550 / 25 5/2 = 77.55 liter/det liter/det dan Hup2 = 6.8 x 25 x 100 m =  1.70 m.
(3.3)      Untuk Spillway dengan Ng = 1
Untuk Qm = 38.488 liter/det , maka dengan satu buah gigi gergaji ditermpatkan pada bentang Spilway Bd = 25.00 m (prototipe), maka diperoleh Hup1 = 5.8 x 25 x 100 = 1.45 m
(3.4)      Untuk Spillway dengan Ng = 8
Akan diperoleh  harga Hup8 =  9.2 x 25 x 100 = 2.30 m
(3..5) Untuk Spillway Lurus dengan Ng = atau Lg/Bd = 0
Akan diperoleh  harga Hup =  1.75 x 25 x 100 = 4.375 m
(3)  Buatlah Grafik yang menyatakan bagaimana jumlah Gigi Gergaji (Ng) dari Ng=berpengaruh terhadap penurunan tinggi muka air Hu dari Hup = 4.375 m untuk Spilway Lurus menjadi Hu8 = 2.30 m untuk Spilway dengan jumlah Gigi delapan (Ng=8), menjadi Hu4 = 1.95 m untuk Spilway dengan Ng = 4, menjadi Hu2 = 1.95 m untuk Spilway dengan Ng = 2 dan menjadi Hu1 = 1.45 m untuk Spilway dengan Ng = 1, semuanya untuk debit Spilway Qsp = 240.55 m3/det
(4)  Seadainya dipilih Ng = 4, maka dengan menggunakan Spillway Gigi Gergaji – MDG dapat menurunkan tinggi Hu sebesar  2.45 m (1.95 / 4.375) x 100% = 44.57 % dibandingkan dengan pada Spillway Lurus
(5)  Hitung dimensi horizontal struktur Spillway untuk  jumlah gigi (Ng) terpilih dan buatlah gambar !


















Dari gambar situasi sungai dan potongan-potongan melintang badan sungai diperoleh informasi:
(1)            Lika-liku alur sungai dominan dengan lebar rata-rata alur penuh = Bap = + 120 m
(2)            Alinyemen Tubuh Bendung telah ditentukan sebelumnya
(3)            Elevasi dasar sungai rata-rata pada sumbu bendung = EL.+ His = EL.+ !4.00   dan elevasi rata-rata bantaran = EL.+ Fl = EL.+ 18.00 dan tinggi air pada debit alur penuh Hsi = D2 = 4.00m
a.              Telah dibuatkan Lengkung debit Sungai dan dihitung bahwa besar debit alur penuh (=Qap) = 800 m3/det
b.              Elevasi mercu Tubuh Bendung telah ditentukan (=EL.+ Mb) = EL.+ 19.50    dihitung berdasarkan memenuhi kebutuhan akan tinggi terjun (head) untuk pembilasan sedimen dari sungai di Undesluice dan Sediment-Trap serta untuk pengaliran ke seluruh jaringan pengairan dengan lahan Irigasinya tertentu.
Catatan:
Elevasi mercu = EL.+ 19.50 itu harus didesain lebih tinggi dari elevasi muka air pada Qdf yang diambil (= EL.+ Hsf), untuk memenuhi syarat bahwa aliran melalui mercu bendung tipe MDG adalah sempurna
c.              Gambar-gambar desain Intake dengan Undersluicenya dan Sediment-Trap dengan bangunan pembilasnya dan Offtake kesaluran Induk telah tersedia
d.              Telah ditentukan bahwa Debit Desain Banjir (Qdf) =  1200 m3/det
      Dan dari Lengkung debit sungai untuk potongan dihilir Bangunan Bendung, diperoleh tinggi air mencapai = El + 18.55
Debit Desain Penggerusan / Pengendalian Morfologi Sungai (Qdp) =  800 m3/det, dengan elevsi muka air = EL+ Hsip = EL+ 17.80
Dianggap pada saat Undersluice ditutup debit sungai dialirkan semua melewati mercu pelimpah bendung.
3.     Tugas Desain Hidraulik:
         Desainlah atau tentukan dimensi hidraulis Tubuh Bendung dengan  Kelengkapannya seperti ruang olakan, tembok pangkal bendung dengan tembok sayap udik dan hilirnya.
         Output berupa:
·                       Gambar-gambar Teknis Desain Hidraulis (Siuasi, denah dan potongan-potongan)
·                       dilengkapi Nota-Nota penjelasan dan perhitungan hidraulis
                            
                           4.      Proses Desain
              a.    Pengecekkan  EL.+ Mb = EL.+ 19.50 harus > EL.+ Hsf
                           Dari Lengkung debit sungai (yang harus dipersiapkan terlebih dahulu) diperoleh elevasi muka air pada Qdf = 1200 m3/det mencapai El + 18.55  < EL.+ 19.50 -------> OK, dapat diterima (aliran melalui mercu pelimpah bendung akan bersifat sempurna)
b.              Penentuan lebar pelimpah bendung tipe Gergaji Bd
Untuk  tubuh bendung konvensional  dengan cara pendekatan Empirik-Pengalaman  maka lebar Bbo biasanya diambil = (1.00 @ 1.20) x Bap
Bbo = (1.00 @ 1.20) x 120 = (120 @ 144) m
Namun untuk tipe Gergaji dapat diambil < Bap = 120 m
Untuk menyediakan tempat alur untuk pengalihan aliran pada saat pelaksanaan dengan bendung Gergaji Bd dapat diambil < 120 m misalnya diambil Bb = 80 m dan sisanya selebar = 40 m untuk saluran pengelak pada saat pelaksanaan
Bb = 80.00 m
c.              Penentuan jumlah gigi Gergaji = Ng yang optimal
Pergunakanlah  Grafik MDG – 1 (yang berlaku di model dengan lebar saluran = Bbm = 1.00 m)
Agar Grafik MDG – 1 tersebut dapat dipakai untuk diprototipe, maka Bd =80 m harus ditrasfer ke model pada saluran dengan lebar Bm = 1.00 m dengan:
Skala geometri struktur dan hidraulis  untuk model tanpa distorsi = Nh
·                       Nh = Bb / Bm
·                        Skala debit = Nq = (Nh) 5/2 = 80 5/2
Dan dengan Bb  = 80 m dan  Bm = 1.00 m,
                         Dan dengan Debit Desain Banjir = Qdf = 1200 m3/dt (di prototipe)
                         Debit Desain Penggerusan = Qp = 800 m3/dt (di prototipe)
Maka:
·                       Nh = 80.00 / 1.00 = 80
·                       Debit Desain Banjir di model = Qfm = Qdf / Nq = 1200 / 80 5/2 = 0.021 m3/det = 21 l/det
·                       Debit Desain Penggerusan di model = Qpm = Qf / Nq = 800 / 80 5/2 = 0.014 m3/det = 21 l/det
Dengan menggunakan Grafik MDG – 1 selanjutnya dibuat Grafik MDG – 1A yang menyatakan hubungan antara jumlah gigi (Ng)  dengan Hu untuk Qfm = 21 l/det
Bila diambil jumlah gigi Ng = 4, maka Hum = 0.0337 m (model) atau
                                                              Hu = 80 x 0.00337 = 2.69 m di protitipe
Sedangkan untuk Qp =800 m3/det dan Ng =4, Qpm = 0.014 m, diperoleh = Hum =         m, untuk pelimpah bendung gergaji
Untuk bendung lurus dengan Qf = 1200 m3/det dan Bd = 80 m, maka dari Grafik MDG – 1A  diperoleh Huo = 5.31m untuk bendung lurus
Dengan demikian untuk lebar Bb yang sama yaitu = 80 m, dengan pelimpah gergaji Hu dapat diperendah sebesar        m
d.              Penentuan elevasi lantai olakan dihilir mercu tubuh bendung EL.+ Hlim
Dengan lebar ambang perletakkan tubuh bendung Gergaji selebar = Bd = 80 m, maka (EL.+ Hlim) maksimum adalah EL.+ Mb dikurangi  tinggi air diatas lantai i ruang olakan atas (= Hiim) yang besarnya ~ Huo = 5.31 m
(EL.+ Hlim) maksimum = EL.+ (19.50 - 5.31) = EL.+ 14.19 ----> Ambil EL+ 14.00  (hampir = elevasi dasar sungai)
e.              Penentuan Peredam Enersi dan tembok sayap dihilir Bangunan Bendung
Selama ini peredam enersi yang dipakai untuk Bangunan Bendung tipe Gergaji adalah tipe MDO yang berlaku untuk Bendung biasa dan ternyata pra desain hidraulisnya bila dites dengan model, selalu hasilnya cukup memuaskan bahwa peredam enersi MDO dapat menanggulangi masalah penggerusan dihilirnya..
Dalam penentuan dimensi peredam enersi untuk bendung tipe Gergaji, dianggap bahwa air melimpah dengan Hu = Hup dari mercu bendung kehilir seperti untuk tubuh bendung tipe MDO yang telah biasa dipakai.
EL+ Huf = EL
      Ketentuan yang dipergunkan untuk menentukan dimensi peredam Enersi
·                       Debit Desain Qp = Qap = 800 m3/det
·                       Elevasi muka air diudik bendung Gergaji = EL+ Mb + Hup = EL+  (19.50 + 1.97) = EL+ 21.47
·                       Elevasi muka air sungai dihilir Bangunan Bendung = EL+ 17.80
 Akibat pembendungan dianggap akan terjadi degradasi dasar sungai dihilir  Bangunan Bendung yang menurunkan muka air sungai sebesar 2.00 m (KP – Irigasi 1986), maka EL+ Hisp menjadi EL+ (17.80 – 2.00) = EL+ 15.81
    à Tinggi terjun Zgp =( EL+21.47 - EL+ 15.81) = 5.66 m
    qp = Qp / Bd = 800 / 80 = 10 m3/det/m’
    Koefisien Enersi MDO = E = qp / [g * (Zgp) 3 ] ½ = 10 / [9.81*(5.66) 3] ½ =  0.24
Dari Grafik MDO – 1 dengan harga E = 0.24 diperoleh harga Ds / D2 = 2.1
Dan dengan Ds = Hsip= 4.00 m   diperoleh  Ds = 2.1 * 4.00 = 8.40 m
Elevasi atas Lantai Peredam Enersi = EL+ Ds = (EL+ Mb) – 8.40  = EL+ (19.50-8.40) = EL+ 11.10
Dari Grafik MDO – 2  dengan harga E = 0.24 diperoleh harga Ls / Ds = 1.52 
Panjang lantai Peredam Enersi = Ls = 1.52 * 8.40 = 12.77 m ;
Diambil  Ls = 13.00 m
Tinggi ambang hilir Peredam Enersi = a = 0.2 * D2 = 0.80 m:
Diambil  a = 1.00m dan Lebar ambang hilir Peredam Enersi  = 2 *a = 2.00 m
Dihilir Peredam enersi dan dikaki tembok sayap hilir bendung dipasangi tumpukan   riprap batu gelundung dengan diameter (0.30 @ 0.40) m atau blok beton buatan
Selanjutnya bentuk dan dimensi hidraulis Tembok Sayap Hilir ditentukan sesuai dengan Petunjuk Desain Hidrulis Tubuh Bendung tipe MDO (Bahan SKSNI yang telah dikonsensuskan)



1 komentar:

Anonim mengatakan...

Apa sy bisa mendapatkan email anda atau artikel tentang spillway ini untuk keperluan referensi disertasi sy..tks