Minggu, 08 Januari 2012

Perencanaan Pelimpah (Spillway)
Berdasarkan hasil perhitungan penelusuran banjir melaui waduk didapatkan besar debit banjir maksimum yang melewati spillway adalah sebesar 15,171 m³/dt. Untuk meningkatkan tingkat keamanan bendungan dalam perencanaan digunakan debit sebesar 15,20 m3/dt.


He


V
P



Gambar 3.3 Potongan Melintang pelimpah (Spillway)


Untuk menentukan debit pada bangunan pelimpah, berdasarkan KP. 02 dinyatakan bahwa debit pengaliran sebesar 120%, sehingga :
Q_rencana=1,2×Q_200
Q_rencana=1,2×15,20
Q_rencana=18,24 m³/dt

Menghitung tinggi bangunan pelimpah (Spillway) dari dasar sungai :
H = Elevasi puncak mercu spillway – Elevasi dasar sungai
= 119 – 102,5
= 16,5 m

Menghitung tinggi spillway :
P ≥ 1/5 H
P ≥ 1/5 . 16,5
P ≥ 3,3 m

Mencari ketinggian He dengan cara memasukkan nilai He ke persamaan :
Q=C×Be×H^(3/2)
Dimana He diambil interval 0,5 m

Elevasi He B He3/2 C Q
(m) (m) (m) (m) (m3/dt)
119 0 13,2 0,000 1,9 0,000
119,5 0,5 13,2 0,354 1,9 8,867
120 1 13,2 1,000 1,9 25,080
120,5 1,5 13,2 1,837 1,9 46,075
121 2 13,2 2,828 1,9 70,937
121,5 2,5 13,2 3,953 1,9 99,137
122 3 13,2 5,196 1,9 130,320
122,5 3,5 13,2 6,548 1,9 164,221
123 4 13,2 8,000 1,9 200,640



Dengan Q = 18,24 m³/dt, maka :
He=0,5+((1-0,5))/((25,08-8,867))×(18,24-8,867)
He=0,789 m

Sehingga lebar efektif pelimpah (spillway) yaitu :
Be=B-2(n×Kp+Ka)He
Be=13,2-2×(0×0,01+0,1)×0,789
Be=13,042 m

Desain Profil Spillway
Bentuk mercu ini direncanakan menggunakan tipe Ogee dengan bagian muka tegak sedangkan bagian lengkung dari mercu bendung diberikan persamaan sebagai berikut :
X^n=k×〖Hd〗^(n-1)×Y (KP. 02 hal. 46)

dimana :
X = Jarak horizontal (m)
Y = Jarak vertikal (m)
Hd = Tinggi tekan rencana (m)
k = Tergantung pada kemiringan hilir ( lihat KP 02 hal. 47 )
n = Parameter (tergantung pada kemiringan permukaan hilir)

Tabel 3.6 Nilai Koefisien k dan n

Kemiringan k n
Permukaan Hilir
3 : 1 1,936 1,836
3 : 2 1,936 1,81
1 : 1 1,873 1,776
Vertikal 2 1,85

Menghitung kecepatan aliran di hulu pelimpah (Vo)
Vo=Q/(Be(P+Hd))
Hd=He-〖Vo〗^2/2g
Vo=Q/(Be×(P+He-(〖Vo〗^2/2g) ) )
Vo=18,24/(13,042×(3,3+0,789-(〖Vo〗^2/(2×9,81)) ) )
Vo=18,24/(13,042×(3,3+(0,789-0,051〖Vo〗^2 ) ) )
Vo=18,24/(43,039+10,290-0,665〖Vo〗^2 )
Vo=18,24/(53,329-0,665〖Vo〗^2 )
-0,665〖Vo〗^3+53,329Vo=18,24
Maka dengan cara coba-coba diperoleh nilai Vo = 0,343 m/dt, sehingga diperoleh nilai Hd yaitu :
Hd=He-〖Vo〗^2/2g
Hd=0,789-〖0,343〗^2/(2×9,81)
Hd=0,783 m

Tipe mercu yang digunakan adalah mercu tipe Ogee dengan kemiringan maksimum muka bendung bagian hilir adalah 1 : 1 batas bendung dengan muka hilir vertikal.















Gambar 3.4 Mercu Tipe Ogee
R1 = 0,2 Hd = 0,2 . 0,783 = 0,157 m
R2 = 0,5 Hd = 0,5 . 0,783 = 0,392 m
0,282 Hd = 0,282 . 0,783 = 0,221 m
0,175 Hd = 0,175 . 0,783 = 0,137 m

Mencari titik garis lengkung pada garis lurus dengan kemiringan 1 : 1
X^1,85=2〖 Hd〗^0,85 Y
Y=X^1,85/(2 〖Hd〗^0,85 )
Y=X^1,85/(2×〖0,783〗^0,85 )
Y=〖0,616 X〗^1,85

Tabel 3.7 Hasil Perhitungan Kemiringan Mercu

Titik X Y
(m) (m)
0 0,0 0,000
1 0,5 0,171
2 1,0 0,616
3 1,5 1,304
4 2,0 2,221
5 2,5 3,356
6 3,0 4,702















Gambar 3.5 Skema Aliran Pada Setiap Penampang dan Kehilangan Energi

Perencanaan Saluran Pelimpah
Persamaan energi :
E_0=E_1
P+He=y_1+〖V_1〗^2/2g

Besarnya kecepatan aliran V1 :
V_1=Q/(Be×y_1 )
V_1=18,24/(13,042×y_1 )
V_1=1,399/y_1

Sehingga persamaan energinya adalah :
3,3+0,789=y_1+(1,399/y_1 )^2/(2×9,81)
4,089=y_1+0,100/〖y_1〗^2
4,089〖y_1〗^2=〖y_1〗^3+0,100
〖y_1〗^3-4,089〖y_1〗^2+0,100=0
Maka dengan cara coba-coba didapatkan nilai y_1=0,160 m
Sehingga kecepatan aliran pada V1 :
V_1=18,24/(13,042×y_1 )
V_1=15,72/(13,042×0,160)
V_1=8,741 m/dt

Tinggi jagaan pada saluran pelimpah
F_b=0,6+0,037×V_1×Y_1
F_b=0,6+0,037×8,741×0,160
F_b=0,652≈1 m


Perencanaan Saluran Transisi
Saluran transisi dibuat dengan dinding tegak yang makin menyempit ke hilir dengan inklinasi sebesar 12030’ terhadap sumbu saluran peluncur (Sosrodarsono dan Takeda, 1981).







Gambar 3.6 Sketsa Saluran Transisi

Saluran mengalami penyempitan sebesar 25%, maka :
B_2=B_1-(25%×B_1)
B_2=13,042-(0,25×13,042)
B_2=9,782 m

X=(B_1-B_2)/2
X=(13,042-9,782)/2
X=1,63 m

Menghitung panjang saluran transisi :
Tan θ=X/L_1
Tan 12,5°= 1,63/L_1
L_1=1,63/(Tan 12,5°)
L_1=7,352 m

Kemiringan saluran transisi diasumsikan 0,2 x panjang saluran transisi (L1)
d_1=0,2×L_1
d_1=0,2×7,352
d_1=1,470 m
Besarnya kecepatan aliran V2 :
V_2=Q/(Be×y_2 )
V_2=18,24/(13,042×y_2 )
V_2=1,399/y_2

Sehingga persamaan energinya adalah :
E_0=E_2
P+He+Z_0=y_2+〖V_2〗^2/2g
3,3+0,789+1,470=y_2+(1,399/y_2 )^2/(2×9,81)
5,559=y_2+0,100/〖y_2〗^2
5,559〖y_2〗^2=〖y_2〗^3+0,100
〖y_2〗^3-5,559〖y_2〗^2+0,100=0
Maka dengan cara coba-coba didapatkan nilai y_2=0,136 m
Sehingga kecepatan aliran pada V2 :
V_2=Q/(Be×y_2 )
V_2=18,24/(13,042×0,136)
V_2=10,284 m/dt

Tinggi jagaan pada saluran transisi
F_b=0,6+0,037×V_2×Y_2
F_b=0,6+0,037×10,284×0,136
F_b=0,652≈1 m

Perencanaan Saluran Peluncur
Kemiringan saluran peluncur direncanakan dengan kemiringan 1 : 0,3
d_2=H-P-d_1
d_2=16,5-3,3-1,470
d_2=11,73 m

Sehingga panjang saluran peluncur :
L_2/d_2 =1/0,3
L_2/11,73=1/0,3
L_2=(11,73×1)/0,3
L_2=39,10 m

Untuk lebar pada saluran peluncur yaitu sama dengan lebar pada saluran transisi yang telah mengalami penyempitan sebesar 25%.
B_2=B_3=9,782 m

Besarnya kecepatan aliran V3 :
V_3=Q/(Be×y_3 )
V_3=18,24/(13,042×y_3 )
V_3=1,399/y_3

Sehingga persamaan energinya adalah :
E_0=E_3
P+He+Z_1=y_3+〖V_3〗^2/2g
3,3+0,789+11,73=y_3+(1,399/y_3 )^2/(2×9,81)
15,819=y_3+0,100/〖y_3〗^2
15,819〖y_3〗^2=〖y_3〗^3+0,100
〖y_3〗^3-15,819〖y_3〗^2+0,100=0
Maka dengan cara coba-coba didapatkan nilai y_3=0,080 m
Sehingga kecepatan aliran pada V3 :
V_3=Q/(Be×y_3 )
V_3=18,24/(13,042×0,080)
V_3=17,482 m/dt

Tinggi jagaan pada saluran peluncur
F_b=0,6+0,037×V_3×Y_3
F_b=0,6+0,037×17,482×0,080
F_b=0,652≈1 m

Perencanaan Peredam Energi (Kolam Olak)
Menentukan bilangan Froude
Berdasarkan KP. 02 hal. 56 bilangan Froude dapat dihitung dengan persamaan :
Fr=V_3/√(g×y_3 )
Fr=17,482/√(9,81×0,080)
Fr=19,734
Karena Fr > 4,5 maka tipe kolam olak yang digunakan adalah USBR Tipe III yang dilengkapi dengan blok muka dan blok halang (KP. 02 hal. 59).

Menghitung tinggi loncatan air
Berdasarkan KP. 02 hal. 56 tinggi loncatan air dapat dihitung dengan persamaan :
y_4/y_3 =1/2×(√(1+〖8Fr〗^2 )-1)
y_4/0,080=1/2×(√(1+(〖8×19,734〗^2 ) )-1)
y_4/0,080=27,413
y_4=27,413×0,080=2,193 m
Maka besarnya tinggi loncatan air adalah 2,193 m


Menghitung kecepatan air pada kolam olak (Setelah terjadi loncat air)
V_4=Q/(Be×y_4 )
V_4=18,24/(13,042×2,193)
V_4=0,638 m/dt

Sehingga persamaan energi pada V4 adalah :
E_0=E_4
H+He=y_4+〖V_4〗^2/2g+∆Hf
16,5+0,789=2,193+ ((〖0,638〗^2))/(2×9,81)+∆Hf
17,289=2,214+∆Hf
∆Hf=17,289-2,214=15,075 m

Menghitung dimensi kolam olak USBR tipe III
Tinggi blok muka/pemecah aliran d1 = y1 = 0,160 m
Jarak antara blok muka d1 = 0,160 m
Tinggi ambang ujung (n)
n=(d_1 (18+Fr))/18
n=(0,160×(18+19,734))/18
n=0,335 m

Tinggi blok halang (n3)
n_3=(d_1 (4+Fr))/6
n_3=(0,160×(4+19,734))/6
n_3=0,633 m



Jarak antara blok muka dan blok halang
L_1=0,82×d_4
L_1=0,82×2,193=1,798 m

Panjang total kolam olak
L_2=2,7×d_4
L_2=2,7×2,193=5,921 m

Lebar blok halang
=0,75×n_3
=0,75×0,633
=0,475 m

Jumlah blok muka (S1)
S_1=Be/(2×d_1 )
S_1=13,042/(2×0,160)
S_1=40,756≈41 buah

Lebar sisi blok halang
=0,2×n_3
=0,2×0,633
=0,127 m

Jumlah blok halang (S2)
S_2=(24-(2×0,375×n_3))/(2×0,75×n_3 )
S_2=(24-(2×0,375×0,633))/(2×0,75×0,633)
S_2=24,776≈25 buah



Menghitung tinggi jagaan samping kolam olak
h≥(n+y_4 )+0,6He
h≥(0,335+2,193)+0,6×0,789
h≥3,001≈3 m
Maka digunakan tinggi jagaan pada kolam olak sekitar 3 m.