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 Gergaji – MDG 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
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)
