5. bab v perencanaan struktur -...
TRANSCRIPT
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 181 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5. BAB V PERENCANAAN STRUKTUR PERENCANAAN STRUKTUR
5.1. TINJAUAN UMUM
Perencanaan struktur dam meliputi perhitungan – perhitungan konstruksi
tubuh dam dan PLTMH yaitu perencanaan spillway yang meliputi bentuk dan
ukuran crest spillway, peralihan mercu spillway ke saluran peluncur, koordinat
lengkung mercu spillway bagian hulu dan hilir, saluran peluncur sampai
bangunan peredam energi. Dalam perencanaan tubuh dam, komponen-
komponen yang perlu diperhatikan adalah dimensi dan stabilitas dam.
Perencanaan PLTMH meliputi perhitungan daya yang dihasilkan, penentuan
turbin, pipa pesat dan instalasi pengatur air serta perencanaan saluran
pembuangan.
5.2. PERENCANAAN TUBUH DAM
5.2.1. Tinggi Dam
Tinggi tubuh dam ditentukan berdasarkan kapasitas desain kolam dam
yang terpilih yaitu 57795,503 m3 . Berdasarkan grafik hubungan antara elv. dan
kapasitas kolam maka direncanakan puncak bendung terletak pada elevasi
+179,245 m.
Dari hasil flood routing didapat elv. muka air banjir +183,234 m.
Sedangkan Elevasi dasar kolam +165 dan elevasi tanah dasar dam +165
ditambah tinggi jagaan, maka tinggi dam adalah :
Tinggi dam = ( (+183,234) - (+165) ) = 18,234 m
Gambar 5-1 Menentukan Tinggi Dam
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 182 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5.2.2. Tinggi Puncak Dam
Untuk mendapatkan tinggi puncak dam maka perlu dicari tinggi jagaan.
Tinggi jagaan adalah jarak bebas antara mercu dam dengan permukaan air
maksimum rencana. Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan sebagai berikut :
Hf h + (hw atau 2
eh ) + ha + hi
Hf hw + 2
eh + ha + hi
(Sosrodarsono & Takeda, 1999)
di mana :
Hf = tinggi jagaan (tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam) (m)
h = tinggi kenaikan permukaan air akibat timbulnya banjir abnormal(m)
hw = tinggi ombak akibat tiupan angin (m)
he = tinggi ombak akibat gempa (m)
ha = tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam, apabila terjadi
kemacetan-kemacetan pada pintu bangunan pelimpah. (m)
hi = tinggi tambahan yang didasarkan pada tingkat urgensi dari dam(m)
Untuk mendapatkan tinggi jagaan, maka perlu dicari h, hw, he, ha, hi.
1. Tinggi kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh banjir abnormal
(h) dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :
TQhA
hQQh
1..
32 0
(Sosrodarsono & Takeda, 1999)
di mana :
Qo = Debit banjir rencana (m³/dt )
Q = Debit Outflow bangunan pelimpah untuk banjir abnormal(m³/dt)
= 0,2 untuk bangunan pelimpah terbuka
= 1,0 untuk bangunan pelimpah tertutup
h = kedalaman pelimpah rencana (m)
A = luas permukaan air dam pada elevasi banjir rencana (km²)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 183 JOKO SANTOSO L2A 001 086
T = durasi terjadinya banjir abnormal (1 s/d 3 jam)
Untuk perhitungan digunakan data-data sebagai berikut :
Qo = 95,414 m³/dt
Q = 95,19 m³/dt
h = 2 m
A = 0,0267 km²
T = 3 jam
h =
3.19,952.0267,01
2.19,95
414,95.2,0.32
h = 0,267 m
2. Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin (hw)
Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin sangat
dipengaruhi oleh panjangnya lintasan ombak (F) dan kecepatan angin di atas
permukaan air dam. Panjang lintasan ombak yang dipakai adalah Feff sebesar
253 m. Sedangkan kecepatan angin (maksimal) di atas permukaan air dam
diambil dari data di stasiun BMG Semarang yaitu 20 m/det. Dengan
kemiringan hulu 1:3 dan permukaan lereng hulu direncanakan terdiri dari
hamparan batu pelindung (kasar).
Perhitungan tinggi ombak (hw) ini menggunakan grafik metode SMB
(gambar 5.2). Dari grafik diperoleh tinggi jangkauan ombak (hw) yang
didapat adalah 0,15 m .
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 184 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-2 Panjang Lintasan Ombak Efektif
Gambar 5-3 Grafik Perhitungan Metode SMB (Sosrodarsono, 1989)
Lereng dengan Permukaan Halus
Lereng dengan Permukaan Kasar terdiri dari Hamparan Batu Pelindung
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 185 JOKO SANTOSO L2A 001 086
3. Tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa (he)
Digunakan data-data pada tabel berikut :
Tabel 5.1 Koefisien Gempa
Zone Koefisien (Z) Keterangan
A
B
C
D
E
F
1,90-2,00
1,60-1,90
1,20-1,60
0,80-1,20
0,40-0,80
0,20-0,40
SEMARANG
(Sumber : DHV Consultant, 1991)
Tabel 5.2 Percepatan Dasar Gempa
Periode Ulang (tahun) Percepatan dasar gempa (Ac) (cm/dt²)
10
20
50
100
200
500
1000
5000
10000
98,42
119,62
151,72
181,21
215,81
271,35
322,35
482,80
564,54 (Sumber : DHV Consultant, 1991)
Tabel 5.3 Faktor Koreksi
Tipe Batuan Faktor (V)
Rock Foundation
Diluvium (Rock Fill Dam)
Aluvium
Soft Aluvium
0,9
1,0
1,1
1,2 (Sumber : DHV Consultant, 1991)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 186 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Dari data pada tabel-tabel di atas, maka dapat ditentukan harga yang akan
digunakan yaitu:
(1). Koefisien gempa (z) = 0,80
(2). Percepatan dasar gempa (Ac) = 181,21 cm/dt²
(3). Faktor koreksi (V) = 1,1
(4). Percepatan grafitasi ( g ) = 980 cm/dt²
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 187 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-4 Pembagian Zona Gempa di Indonesia (SNI Gempa 2002)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 188 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Perhitungan intensitas seismis horisontal, dapat dihitung dengan rumus
sebagai berikut :
e = gVAcz ..
e =
9801.21,181.8,0
e = 0,147
Didapatkan tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa adalah :
0.. Hgehe
(Sosrodarsono & Takeda, 1999)
di mana :
e = Intensitas seismis horizontal
= Siklus seismis ( 1 detik )
H0 = Kedalaman air di dalam waduk (m)
= elv.HWL – elv.dasar
= +183,234 - (+165)
= + 18,234 (MSL)
eh = 234,18.81,914,3147,0
= 0,626 m
Jadi tinggi puncak ombak di atas permukaan air rata-rata 2
eh= 0,313 m.
4. Kenaikan permukaan air dam yang disebabkan oleh ketidaknormalan
operasi pintu – pintu bangunan pelimpah (ha)
Ketidak-normalan operasi pintu-pintu mengakibatkan terjadinya kenaikan
permukaan air waduk (ha) melampaui batas maximum rencana. Karena
pertimbangan-pertimbangan ekonomis. Biasanya sebagai standard
diambil ha = 0,5 m (Sosrodarsono & Takeda, 1999).
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 189 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5. Angka tambahan tinggi jagaan yang didasarkan pada tipe dam (hi)
Mengingat limpasan melalui mercu dam urugan sangat riskan, maka
untuk dam tipe ini angka tambahan tinggi jagaan (hi) ditentukan sebesar 1,0
m (hi = 1,0 m). (Sosrodarsono & Takeda, 1978). Berdasarkan data
perhitungan tersebut di atas di mana :
h 0,267 m
hw 0,15 m
2eh
0,313 m
ha 0,5 m
hi 1,0 m
Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai
berikut :
Hf h + (hw atau 2
eh ) + ha + hi
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
Hf hw + 2
eh + ha + hi
Alternatif tinggi jagaan 1
Hf h + hw + ha + hi
Hf = 0,267 + 0,15 + 0,5 + 1,0
= 2,017 m
Alternatif tinggi jagaan 2
Hf h + 2
eh + ha + hi
Hf = 0,267 + 0,313 + 0,5 + 1,0
= 2,080 m
Alternatif tinggi jagaan 3
Hf hw + 2
eh + ha + hi
Hf = 0,15 + 0,313 + 0,5 + 1,0
= 2,063 m
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 190 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Didasarkan pada tinggi bendungan yang direncanakan, maka angka
standard untuk tinggi jagaan pada bendungan urugan adalah sebagai berikut:
Lebih rendah dari 50 m Hf ≥ 2,0 m
Dengan tinggi jagaan 50 s/d 100 m Hf ≥ 3,0 m
Lebih Tinggi dari 100 m Hf ≥ 3,5 m
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
Dari ketiga alternatif tinggi jagaan tersebut diambil tinggi jagaan 3 m.
Tinggi puncak Dam = tinggi dam + tinggi jagaan
= 18,234 + 3
= 21,234 m.
Jadi elevasi puncak dam = Elevasi dasar dam + Tinggi Puncak
= +165,00 + 21,234 m
= + 186,234 m
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 191 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5.2.3. Kemiringan Tubuh Tanggul
Kemiringan lereng tanggul adalah perbandingan antara panjang garis
vertikal yang melalui puncak dengan panjang garis horizontal yang melalui
tumit masing masing.
Untuk kemiringan lereng hulu = 1 : 3
Untuk kemiringan hilir = 1 : 2,25
Tabel 5.4 Kemiringan Tanggul yang diajurkan
Material Urugan
Material
Utama
Kemiringan Lereng
Vertikal : Horisontal
Hulu Hilir
1. Urugan homogen
2. Urugan majemuk
a.Urugan batu dengan inti
lempung atau dinding
diafragma
b. Kerikil-kerakal dengan
inti lempung atau dinding
diafragma
CH
CL
SC
GC
GM
SM
Pecahan batu
Kerikil-
kerakal
1 : 3
1 : 1,50
1 : 2,50
1 : 2,25
1 : 1,25
1 : 1,75
(Sumber: Ibnu Kasiro dkk,1994)
5.2.4. Panjang Dam
Panjang dam adalah panjang seluruh panjang mercu dam yang
bersangkutan, termasuk bagian yang digali pada tebing-tebing sungai di kedua
ujung mercu tersebut. Panjang dam Gambir adalah 108,39 m pada elevasi
puncak dam + 186,234 m.
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 192 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5.2.5. Lebar Dam
Lebar mercu dam minimum dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :
B = 3,6 H1/3 – 3,0
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
di mana :
H = Tinggi Dam ( 21,234 m )
Maka B = 3,6 (21,234)1/3 – 3,0
= 6,968 m
Karena digunakan dam urugan tipe homogen, maka untuk memberikan rasa
aman terhadap kestabilan terhadap longsornya lapisan kedap air lebar dam
dibagian puncak dam diambil 7 m.
5.3. PERHITUNGAN STABILITAS TUBUH DAM
Tinjauan stabilitas tubuh dam meliputi tinjauan terhadap :
1. Stabilitas lereng dam terhadap filtrasi
2. Stabilitas lereng dam terhadap longsor
5.3.1. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Aliran Filtrasi
Stabilitas lereng dam terhadap rembesan ditinjau dengan cara sebagai berikut:
1. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi sesuai dengan garis
parabola
diketahui :
h = 18,234 m (kondisi FSL)
l1 = 54,702 m
l2 = 58,527 m
= 23,96º
d = 21.333,0 ll = (0,333 . 54,702) + 58,527 = 76,743 m
maka :
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 193 JOKO SANTOSO L2A 001 086
ddhY 220 (Sosrodarsono & Takeda, 1978)
= 743,76743,76234,18 22 = 2,136 m
Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan :
200.2 yxyy (Sosrodarsono & Takeda, 1978)
= 2136,2.136,2.2 x
Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :
X - 1,068 0 5 10 15 20 25 30 Y 0,000 2,136 5,091 6,876 8,285 9,487 10,553 11,521 x 35 40 45 50 55 60 65 70 y 12,413 13,245 14,029 14,770 15,477 16,152 16,800 17,424
Untuk kurang dari 300, harga a = 22
sincoscos
hdd maka
dapat ditentukan nilai :
cos10
ya a = 96,23cos1
136,2
= 24,787 m
a =22
sincoscos
hdd
= 22
96,23sin234,18
96,23cos743,76
96,23cos743,76
= 13,011 m
Sehingga didapat nilai :
a = 13,011 m
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 194 JOKO SANTOSO L2A 001 086
y0 = 2.136
L1 = 54.702 L2 = 58.527
7.000
+ 185.234 dpl
+ 165 dpl
16.411
d = 76.743
a + da = 24.787
a0 = 1.068
MAB+ 183.234 dpl
0 = 24,787 – 13,011 = 11,776 m
Dari hasil perhitungan didapat garis depresi aliran yang keluar
melalui lereng hilir dam sehingga tidak aman terhadap bangunan untuk itu
perlu digunakan drainase kaki maupun drainase alas.
Gambar 5-5 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen (Sesuai Dengan Garis Parabola)
2. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi dengan menggunakan
drainase kaki
diketahui :
h = 18,234 m (kondisi FSL)
l1 = 54,702 m
l2 = 53,527 m
= 135º
d = 21.333,0 ll = (0,333 x 54,702) + 53,527 = 71,742 m
maka :
ddhY 220 = 742,71742,71234,18 22 = 2,280 m
Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan :
200.2 yxyy = 2280,2280,2.2 x
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 195 JOKO SANTOSO L2A 001 086
+ 183.234 dpl MAB
d = 71.742
16.411
+ 165 dpl
+ 185.234 dpl
7.000
L2 = 53.527L1 = 54.702
da = 0.200a = 1.135
Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :
x -1,14 0 5 10 15 20 25 30 y 0 2,280 5,291 7,127 8,579 9,818 10,918 11,916 x 35 40 45 50 55 60 65 70 y 12,837 13,697 14,505 15,271 16,000 16,697 17,367 18,011
Untuk = 1350, berdasarkan grafik pada Gambar 2.13 didapat nilai
C = a
a
dad
= 0,15 maka dapat ditentukan nilai :
cos10
yda a = 707,01
280,2
= 1,335 m
0,15 = 335,1
a
da = 0,15 . 1,335 = 0,200
a = 1,335 – 0,200 = 1,135
Gambar 5-6 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen Dengan Drainase Kaki
3. Jaringan Trayektori aliran filtrasi (seepage flow-net)
Kapasitas aliran filtrasi asumsi Kh = Kv
Dengan menggunakan rumus jaringan trayektori aliran sebagai berikut:
LHkNN
Qe
ff
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
di mana :
Qf = kapasitas aliran filtrasi (kapasitas rembesan) (m3/dt)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 196 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Nf = angka pembagi dari garis trayektori aliran filtrasi
Ne = angka pembagi dari garis equipotensial
k = koefisien filtrasi
H = tinggi tekanan air total (m)
L = panjang profil melintang tubuh dam (m)
Dari data yang ada di dapat :
Nf = 4 (asumsi)
Ne = 8 (asumsi)
k = 5x10-6 cm/det = 5x10-8 m/dt (asumsi)
H = 18,234 m
L = 113,2285 m
Maka debit aliran filtrasi adalah sebagai berikut :
Q = 2285,113234,1810584 8
= 5,161 x 10-5 m³/dt
= 5,161 x 10-5 .60.60.24
= 4,459 m³/hari
Syarat, Q < 2% Q inflow (0,02 x 95,414 =1,908 m³/dt)rata-rata waduk
113.229
12
3
4
5
67
8
4
3
2
1MAB
Gambar 5-7 Jaringan Trayektori
4. Tinjauan terhadap gejala sufosi (piping) dan sembulan (boiling)
Kecepatan aliran keluar ke atas permukaan lereng hilir yang komponen
vertikalnya dapat mengakibatkan terjadinya perpindahan butiran-butiran
bahan dam, kecepatannya dibatasi sebagai berikut :
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 197 JOKO SANTOSO L2A 001 086
..1
Fgw
c
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
di mana :
c = kecepatan kritis
w1 = berat butiran bahan dalam air = 0,92 t/m³
g = gravitasi = 9,8 m/det²
F = luas permukaan yang menampung aliran filtrasi
= 2 m x 1 m = 2 m²(untuk per satuan meter panjang bidang)
maka :
c = 1.2
8,9.92,0 = 2,123 m/det
Kecepatan rembesan yang terjadi pada dam adalah :
V = k . i = lhk 2.
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
di mana :
k = koefisien filtrasi = 5 x 10-8 m/det
i = gradien debit
h2 = tekanan air rata-rata = 7,592 m
l = panjang rata-rata berkas elemen aliran filtrasi pada bidang keluarnya
aliran = 8,452 m
maka :
V = 452,8592,7.105 8x
= 4,491 x 10-8 m/det < c = 2,123 m/det Aman
5.3.2. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Longsor
Stabilitas lereng dam ditinjau dalam tiga keadaan, yaitu pada saat muka
air dam mencapai elevasi penuh, dam baru selesai dibangun dan belum dialiri
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 198 JOKO SANTOSO L2A 001 086
air, dan pada saat air dam mengalami penurunan mendadak (Rapid Drawdown).
Perhitungan menggunakan metode irisan bidang luncur.
Data Teknis
Tinggi Dam = 20,234 m
Tinggi Air = 18,234 m
Elevasi Air Waduk = + 183,234 m (FSL)
Lebar Mercu Dam = 7 m
Kemiringan Hulu = 1 : 3
Kemiringan Hilir = 1 : 2,25
Tabel 5.5 Kondisi Perencanaan Teknis Material Urugan sebagai Dasar Perhitungan
Zone tubuh Kekuatan Geser γ timbunan dalam beberapa kondisi Intensitas beban dam Basah Kering seismis horisontal
C (t/m³) Φ (0) γsat (t/m³) γd (t/m³) (e) Zone kedap air 0,6 18 1,712 1,209 0,147
Untuk perhitungan kestabilan terhadap longsor digunakan persamaan berikut
e
es TT
tgNUNClF
.
; sF > 1,2
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 199 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-8 Stabilitas Tubuh Dam Kondisi Baru Selesai dibangun Bagian Hulu
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 200 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Tabel 5.6 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hulu
r π
θ
deg rad
111,772 3,142 18,000 0,314
Irisan A (m^2) γ W
(t.m) α α rad sin α cos α T = W sin α
Te = e.W cos α
N = W cos α e Ne = e.W sin
α h γw u = h.γw
sudut pias l U = u.l U =
ul/cos α tan θ (N-Ne-U)tan θ C C.L
1 6,650 1,712 11,385 -2 -0,035 -0,035 0,999 -0,397 2,048 11,378 0,147 -0,072 0,000 1,000 0,000 2,0 3,902 0,000 0,000 0,325 3,721
1,6 175,593
2 30,460 1,712 52,148 3 0,052 0,052 0,999 2,730 9,374 52,076 0,147 0,491 0,000 1,000 0,000 3,0 5,853 0,000 0,000 0,325 16,763
3 48,108 1,712 82,361 8 0,140 0,139 0,990 11,464 14,681 81,560 0,147 2,064 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 25,833
4 59,338 1,712 101,587 13 0,227 0,225 0,974 22,855 17,817 98,983 0,147 4,114 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 30,829
5 63,841 1,712 109,295 19 0,332 0,326 0,946 35,588 18,601 103,339 0,147 6,406 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 31,500
6 61,110 1,712 104,621 23 0,401 0,391 0,920 40,884 17,334 96,302 0,147 7,359 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 28,903
7 50,374 1,712 86,241 28 0,489 0,470 0,883 40,492 13,706 76,144 0,147 7,289 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 22,375
8 19,799 1,712 33,895 34 0,593 0,559 0,829 18,956 5,058 28,099 0,147 3,412 0,000 1,000 0,000 6,0 11,706 0,000 0,000 0,325 8,022
Jumlah 172,571 98,618 547,880 31,063 36 70,237 0,000 167,947
e
es TT
tgNUNClF
. ; sF > 1,2
267,1618,98571,172947,167593,175
Fs > sF Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 201 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-9 Stabilitas Tubuh Dam Kondisi Baru Selesai dibangun Bagian Hilir
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 202 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Tabel 5.7 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hilir
r π
θ
deg rad
77,961 3,142 18,000 0,314
Irisan A (m^2) γ W
(t.m) α α rad sin α cos α T = W sin α
Te = e.W cos α
N = W cos α e Ne = e.W sin
α h γw u = h.γw
sudut pias l U = u.l U =
ul/cos α tan θ (N-Ne-U)tan θ C C.L
1 31,462 1,712 53,863 40 0,698 0,643 0,766 34,623 7,427 41,262 0,147 6,232 0,000 1,0 0,0 9 12,248 0,000 0,000 0,325 11,383
1,6 195,282
2 67,392 1,712 115,374 31 0,541 0,515 0,857 59,422 17,801 98,895 0,147 10,696 0,000 1,0 0,0 8 10,887 0,000 0,000 0,325 28,662
3 72,142 1,712 123,507 22 0,384 0,375 0,927 46,267 20,612 114,514 0,147 8,328 0,000 1,0 0,0 8 10,887 0,000 0,000 0,325 34,507
4 63,462 1,712 108,648 15 0,262 0,259 0,966 28,120 18,890 104,946 0,147 5,062 0,000 1,0 0,0 8 10,887 0,000 0,000 0,325 32,459
5 43,157 1,712 73,885 7 0,122 0,122 0,993 9,004 13,200 73,335 0,147 1,621 0,000 1,0 0,0 7 9,526 0,000 0,000 0,325 23,305
6 12,146 1,712 20,793 -1 -0,017 -0,017 1,000 -0,363 3,742 20,790 0,147 -0,065 0,000 1,0 0,0 1 1,361 0,000 0,000 0,325 6,777
Jumlah 177,073 81,673 453,741 31,873 41 55,795 0,000 137,092
e
es TT
tgNUNClF
.
; sF > 1,2
285.1673.81073.177092.137282.195
Fs > sF Syarat = 1.2 ...................AMAN!!!
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 203 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-10 Stabilitas Tubuh Dam pada saat Mencapai Elevasi Penuh Bagian Hulu
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 204 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Tabel 5.8 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hulu
r π
θ
deg rad
111,772 3,142 18,000 0,314
Irisan A (m^2) γ W
(t.m) α α rad sin α cos α T = W sin α
Te = e.W cos α
N = W cos α e Ne = e.W sin
α h γw u = h.γw
sudut pias l U = u.l U =
ul/cos α tan θ (N-Ne-U)tan θ C C.L
1 6,650 0,755 5,021 -2 -0,035 -0,035 0,999 -0,175 0,903 5,018 0,147 -0,032 1,375 1,000 1,4 2,0 3,902 5,365 5,368 0,325 -0,104
1,6 193,153
2 30,460 0,755 22,997 3 0,052 0,052 0,999 1,204 4,134 22,966 0,147 0,217 4,160 1,000 4,2 3,0 5,853 24,346 24,379 0,325 -0,530
3 48,108 0,755 36,322 8 0,140 0,139 0,990 5,056 6,474 35,968 0,147 0,910 6,215 1,000 6,2 5,0 9,755 60,630 61,226 0,325 -8,504
4 59,338 0,755 44,800 13 0,227 0,225 0,974 10,079 7,857 43,652 0,147 1,814 7,524 1,000 7,5 5,0 9,755 73,402 75,333 0,325 -10,885
5 63,841 0,755 48,200 19 0,332 0,326 0,946 15,694 8,203 45,573 0,147 2,825 8,051 0,0 5,0 9,755 0,000 0,000 0,000
6 61,110 0,755 46,138 23 0,401 0,391 0,920 18,030 7,645 42,469 0,147 3,245 7,737 1,000 7,7 5,0 9,755 75,474 81,994 0,325 -13,899
7 4,882 1,712 8,358
28 0,489 0,470 0,883 3,924 1,328 7,380 0,147 0,706 6,492 1,000 6,5 5,0 9,755 63,334 71,732 0,325 -21,142 45,492 0,755 34,347
8 9,1053 1,712 15,588
34 0,593 0,559 0,829 8,718 2,326 12,923 0,147 1,569 2,946 1,000 2,9 6,0 11,706 34,487 41,600 0,325 -9,829 5,6933 0,755 4,298
Jumlah 62,530 38,871 215,948 11,255 36 70,237 337,0,37 -64,892
e
es TT
tgNUNClF
. ; sF > 1,2
265,1871,3530,62
)892,64(153,193
Fs > sF Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 205 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-11 Stabilitas Tubuh Dam pada saat Mencapai Elevasi Penuh Bagian Hilir
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 206 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Tabel 5.9 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hilir
r π
θ
deg rad
77,961 3,142 18,000 0,314
Irisan A (m^2) γ W
(t.m) α α rad sin α cos α T = W sin α
Te = e.W cos α
N = W cos α e Ne = e.W sin
α h γw u = h.γw
sudut pias l U = u.l U =
ul/cos α tan θ (N-Ne-U)tan θ C C.L
1 10,8243 0,755 8,172
40 0,698 0,643 0,766 5,254 1,127 6,260 0,147 0,946 4,218 1,0 4,2 9,0 12,248 51,656 67,437 0,325 -20,188
1,6 223,180
15,6379 1,712 26,772
2 2,846 0,755 2,149
31 0,541 0,515 0,857 1,107 0,332 1,842 0,147 0,199 8,192 1,0 8,2 8,0 10,887 89,185 104,050 0,325 -33,279 64,545 1,712 110,501
5 72,142 1,712 123,507 22 0,384 0,375 0,927 46,272 20,612 114,511 0,147 8,329 8,709 1,0 8,7 8 10,887 94,813 102,261 0,325 1,274
6 63,462 1,712 108,648 15 0,262 0,259 0,966 28,124 18,890 104,945 0,147 5,062 7,728 1,0 7,7 8 10,887 84,133 87,102 0,325 4,153
7 43,157 1,712 73,885 7 0,122 0,122 0,993 9,006 13,200 73,335 0,147 1,621 5,448 1,0 5,4 7 9,526 51,897 52,287 0,325 6,313
8 12,146 1,712 20,793 -1 -0,017 -0,017 1,000 -0,363 3,742 20,790 0,147 -0,065 1,966 1,0 2,0 1 1,361 2,675 2,675 0,325 5,908
Jumlah 89,399 57,903 321,683 16,092 41 55,795 374,359 -35,818
e
es TT
tgNUNClF
. ; sF > 1,2
272,1903,57399,89
)818,35(180,233
Fs > sF Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 207 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-12 Stabilitas Tubuh Dam pada Kondisi Dam Mengalami Penurunan Air Mendadak Bagian Hulu
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 208 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Tabel 5.10 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mengalami Penurunan Air Mendadak (Rapid Dradown)
r π
θ
deg rad
111.772 3,142 18,000 0,314
Irisan A (m^2) γ W
(t.m) α α rad sin α cos α T = W sin α
Te = e.W cos α
N = W cos α e Ne = e.W sin
α h γw u = h.γw
sudut pias l U = u.l U =
ul/cos α tan θ (N-Ne-U)tan θ C C.L
1 6,650 0,755 5,021 -2 -0,035 -0,035 0,999 -0,175 0,903 5,018 0,147 -0,032 1,38 1,000 1,375 2 3,902 5,365 5,369 0,325 -0,104
1,6 245,831
2 30,460 0,755 22,997 3 0,052 0,052 0,999 1,204 4,134 22,966 0,147 0,217 4,16 1,000 4,160 3 5,853 24,349 24,382 0,325 -0,531
3 48,108 0,755 36,322 8 0,140 0,139 0,990 5,056 6,474 35,968 0,147 0,910 6,22 1,000 6,215 5 9,755 60,628 61,224 0,325 -8,503
4 59,338 0,755 44,800 13 0,227 0,225 0,974 10,079 7,857 43,652 0,147 1,814 7,524 1,000 7,524 5,0 9,755 73,398 75,329 0,325 -10,884
5 1,414 1,712 2,421
19 0,332 0,326 0,946 0,788 0,412 2,289 0,147 0,142 8,051 1,000 8,051 5,0 9,755 78,539 83,066 0,325 -26,296 57,426 0,755 43,357
6 25,050 1,712 42,886
23 0,401 0,391 0,920 16,759 7,106 39,476 0,147 3,017 7,737 1,000 7,737 5,0 9,755 75,476 81,996 0,325 -14,798 31,060 0,755 23,450
7 45,033 1,712 77,096
28 0,489 0,470 0,883 36,199 12,253 68,070 0,147 6,516 6,492 1,000 6,492 5,0 9,755 63,331 71,729 0,325 -3,306 0,341 0,755 0,258
8 19,799 1,712 33,895 34 0,593 0,559 0,829 18,956 5,058 28,099 0,147 3,412 2,946 1,000 2,946 6,0 11,706 34,487 41,600 0,325 -5,496
Jumlah 88,866 44,197 245,538 15,996 36 70,237 415,573 -69,917
e
es TT
tgNUNClF
.
; sF > 1,2
322,1197,44866,88
)917,69(831,245 Fs > sF Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 209 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5.4. PERENCANAAN PELIMPAH (SPILLWAY)
Spillway atau bangunan pelimpah adalah bangunan yang berfungsi untuk
mengalirkan air banjir di dalam reservoir sehingga air banjir tersebut tidak
merusak tubuh dam. Dalam perencanaan ini, bangunan pelimpah yang akan
direncanakan adalah ambang berbentuk bendung pelimpah. Bangunan pelimpah
biasanya terdii dari empat bagian utama yaitu:
1. Saluran pangarah aliran
2. Saluran pengatur aliran
3. Saluran peluncur
4. Peredam energi
5.4.1. Saluran Pengarah aliran
Saluran pengarah aliran dimaksudkan agar aliran air senantiasa dalam
kodisi hidrolika yang baik dengan mengatur kecepatan alirannya tidak melebihi
4 m/det dengan lebar semakin mengecil ke arah hilir. Apabila kecepatan aliran
melebihi 4 m/det, maka aliran akan bersifat helisoidal dan kapasitas alirannya
akan menurun. Disamping itu aliran helisoidal tersebut akan mengakibatkan
peningkatan beban hidrodinamis pada bangunan pelimpah tersebut.
Berdasarkan pengujian-pengujian yang ada saluran pengaruh aliran
ditentukan sebagai berikut :
Gambar 5-13 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan
Pelimpah
W
H
V < 4 m/det
V
Saluran pengarah aliranAmbang pengatur debit
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 210 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Dari analisis data sebelumnya di mana didapat :
Ketinggian air di atas mercu H = 183,234 – 179,245 = 3,989 m
Qout yang melewati spillway Q = 95,19 m³/det
Maka :
HW .51
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
989,351
W = 0,797 m
W dipakai = 2 m > 0,797 m
5.4.2. Saluran Pengatur Aliran
5.4.2.1. Tipe Bendung Pelimpah (over flow weir type) Dipakai tipe bendung pelimpah dengan menggunakan metode yang
dikembangkan oleh U.S.B.R. Dari analisis data sebelumnya, maka hasil
perhitungannya adalah sebagai berikut :
Q = Qout lewat spillway = 95,19 m³/det
L = lebar mercu bendung = 12 m
Tinggi tekanan kecepatan aliran di dalam saluran pengarah :
Gambar 5-14 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan
Pelimpah
V
Hv
He
d
h
+183,234
+ 179,,245
+177,245
Hd
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 211 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Asumsi Bef = B = 12 m
Misal kedalaman air dalam saluran h = 5,989 m, maka :
Luas penampang basah di dalam saluran ini adalah :
A = 5,989 x 12 = 71,868 m²
Kecepatan aliran :
868,7119,95
AQV 1,324 m/det
Jadi tinggi kecepatan aliran :
089,0
8,92324,1
2
22
xg
Vhv m
Hd = 183,234 m – 179,245 m
= 3,989 m
Tinggi energi He = Hd + hv
= 3,989 m + 0,089 m.
= 4,078 m
5.4.2.2. Penampang Bendung Bentuk dan Ukuran Crest Spillway dihitung berdasarkan Civil
Engineering Department US Army – US & DS Profile. Rumus yang digunakan
adalah sebagai berikut :
1. Rumus DS Profile
yHdx 85.085.1 2
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
2. Rumus untuk US Profile
HdrHdr
20.0250.01
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 212 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-15 Koordinat Penampang Memanjang Ambang Pengatur Debit pada
Bangunan Pelimpah
dimana :
US Profile = profil bangunan pelimpah bagian hulu
DS Profile = profil bangunan pelimpah bagian hilir
x = absis
y = ordinat
a = 0,175 Hd
b = 0,282 Hd
Koordinat Lengkung Mercu Spillway Bagian Hilir
Penampang lintang sebelah hilir dari titik tertinggi mercu bendung
dapat diperoleh dengan Rumus lengkung Harold sebagai berikut:
Rumus lengkung Harold
YhX d ..2 85.085.1 85.0
85.1
.2 dhXY
Bagian yang lebih ke hilir dari lengkung diteruskan dengan rumus :
85.085.0
1 .925.0 Xhd
Y 176.1'..096,1 YhdX
titik nol dari koordinat X,Y
X 1,85 = 2 Hd 0,85 Y
y
x
poros bendungan
He = 4,078
Hv = 0,089
b
a
+ 179,245
+ 177,245
r2
Hd = 3,989
r1
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 213 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Tabel 5.11 Koordinat Penampang Ambang Bendung Pelimpah
Koordinat Lengkung Koordinat Setelah Lengkung
X y x y
0,28 0,014 0,28 0,095
0,55 0,051 0,55 0,172
0,83 0,108 0,83 0,242
1,10 0,184 1,10 0,309
1,38 0,278 1,38 0,374
1,65 0,390 1,65 0,437
1,93 0,518 1,93 0,498
2,20 0,663 2,20 0,558
2,48 0,825 2,48 0,617
2,75 1,002 2,75 0,674
3,03 1,196 3,03 0,731
3,30 1,404 3,30 0,787
3,58 1,629 3,58 0,843
3,85 1,868 3,85 0,898
4,13 2,122 4,13 0,952
4,40 2,391 4,40 1,005
Lengkung Mercu Spillway Bagian Hulu
Penampang lintang sebelah hulu dapat diperoleh dengan rumus
sebagai berikut:
Untuk r1 = 0,5 . Hd = 0,5 . 3,989 = 1,994 m
a = 0,175 . Hd = 0,175 . 3,989 = 0,698 m
r2 = 0,2 . Hd = 0,2 . 3,989 = 0,797 m
b = 0,282 . Hd = 0,282 . 3,989 = 1,124 m
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 214 JOKO SANTOSO L2A 001 086
O = 12,5°
y
C
B
A
8 .80 m 9.0 0 m
M A N
M A B
S = 1 : 1 0 0 .90 m
+ 1 83 ,23 4
+ 1 79 ,24 5
+ 1 77 ,24 5
5.4.2.3. Saluran Transisi Saluran transisi diperlukan karena adanya perubahan bentuk penampang
saluran pengatur dengan saluran peluncur.
Bentuk saluran transisi ditentukan sebagai berikut :
Gambar 5-16 Skema Bagian Transisi Saluran Pengarah pada Bangunan Pelimpah
Dengan ketentuan tersebut diatas dan keadaan topografi yang ada dimana
b1 = 12 m, b2 = 8 m maka :
y = 2 m
l = y/tgθ = 9 m
s = 1 : 10
Gambar 5-17 Penampang Melintang Saluran Pengatur (Hasil Analisa)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 215 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5.4.3. Saluran Peluncur
5.4.3.1. Peralihan Mercu Spillway ke Saluran Peluncur Pada perencanaan bangunan pelimpah antara tinggi mercu dengan
bangunan peredam energi diberi saluran peluncur (flood way). Saluran peluncur
ini berfungsi untuk mengalirkan air, agar air yang melimpah dari mercu dapat
mengalir dengan lancar tanpa hambatan-hambatan hidrolis. Untuk mencari
kedalaman air di bagian kaki spillway, dengan menggunakan rumus :
221 HdzgV
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
BQq dan
1Vqyu
dimana :
yu = kedalaman air pada bagian kaki spillway
Beff = lebar spillway ( 12 m )
Hd = 3,989 m
Q = Qout lewat spillway = 95,19 m³/det
Misal kedalaman air dalam saluran = 5,989 m
Dalam kondisi tersebut kecepatan aliran pada lereng bagian hilir spillway
tidak dipengaruhi koefisien debit, maka :
196,82989,3989,581,921
V m/det
608,11196,8
19,95q m2/det
Sehingga :
415,1196,8608,11
uy m
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 216 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5.4.3.2. Perhitungan Saluran Peluncur Data perencanaan yang telah diperoleh dari perhitungan sebelumnya
adalah sebagai berikut :
Q outflow = 95,19 m³/det
a. Kedalaman kritis (Yc) saluran peluncur :
g
qYc2
706,381,9
608,11 2
Yc m
Bila diperoleh nilai yu = 1,415 m
Maka : yu < Yc, berarti aliran yang terjadi adalah aliran super kritis.
b. Kecepatan kritis (Vc)
YcqVc
132,3706,3608,11
Vc m/det
Saluran peluncur direncanakan dengan penampang berbentuk segi empat
untuk aliran kritis maupun non kritis, saluran peluncur direncanakan dengan
kemiringan seperti tertera pada gambar 5.18 ke arah hilir hingga berakhirnya
spillway. Saluran peluncur direncanakan dengan kemiringan saluran sebesar 1/2
ke arah hilir hingga berakhirnya spillway. Saluran peluncur ini disambung
dengan bangunan peredam energi ( energy dissipater ).
Saluran peluncur dalam perencanaan ini dibentuk sebagai berikut :
Tampak atas lurus.
Penampang melintang berbentuk segi empat.
Kemiringan diatur sebagai berikut :
25 m tahap pertama dengan kemiringan = 0,25 dengan lebar saluran = 8 m,
kemudian 20 m tahap kedua dengan kemiringan = 0,25 tetapi penampang
melebar dari 8 m menjadi 10,4 m.
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 217 JOKO SANTOSO L2A 001 086
6.25
0
20.00025.000
SALURAN PE LUNCUR
4
1
P ENAMPANG LURUS
PE NA MPANG TE ROM PET
Gambar 5-18 Penampang Memanjang Saluran Peluncur (Hasil Analisa)
Bagian yang berbentuk terompet pada ujung saluran peluncur bertujuan
agar aliran dari saluran peluncur yang merupakan aliran super kritis dan
mempunyai kecepatan tinggi, sedikit demi sedikit dapat dikurangi akibat
melebarnya aliran dan aliran tersebut menjadi semakin stabil.
8 m
20 m
10.4
0 m
Gambar 5-19 Bagian Berbentuk Terompet pada Ujung Hilir Saluran Peluncur
Bagian yang berbentuk terompet pada ujung saluran peluncur bertujuan
agar aliran dari saluran peluncur yang merupakan aliran super kritis dan
mempunyai kecepatan tinggi, sedikit demi sedikit dapat dikurangi akibat
melebarnya aliran dan aliran tersebut menjadi semakin stabil.
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 218 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5.4.4. Rencana Teknis Hidrolis
9.00 m
CB
A
8.80 m
MAN
MAB + 183.234
+ 177.245
+ 179.245
25.00 m 20.00 m
D
E
+ 175.745+ 174.845
+ 170.395
+ 165.395
Gambar 5-20 Potongan Memanjang Spillway (Hasil Analisa)
Garis dasar saluran ditentukan dengan perhitungan hidrolik yang dilakukan
dengan rumus Bernoulli sebagai berikut :
Gambar 5-21 Skema Penampang Memanjang Aliran pada Saluran
V1
hd1
1
hv1
l
l1V2
2
hd2
h1hv2
hL
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 219 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Elevasi ambang hilir = elevasi ambang udik
ehhdg
Vhdg
V 2
22
1
21
22 (Sosrodarsono & Takeda, 1978)
gVhV2
21
1
gVhV2
22
2
13
4
2221
22 ..
22l
R
Vng
Vg
Vhe
34
22 .
R
VnS
1. lShL di mana :
V1 : kecepatan aliran air pada bidang-1
V2 : kecepatan aliran air pada bidang-2
hd1 : kedalaman air pada bidang-1
hd2 : kedalaman air pada bidang-2
l1 : panjang lereng dasar diantara bidang-1 dan bidang-2
l : jarak horisontal diantara bidang-1 dan bidang-2
R : radius (jari-jari) hidrolika rata-rata pada potongan saluran yang diambil
S0 : kemiringan dasar saluran
S : kemiringan permukaan aliran
hl : kehilangan energi karena gesekan dan lain-lain
he : perbedaan tinggi antara garis energi dengan permukaan air
n : angka kekasaran saluran = 0,013
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 220 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Di titik A :
Kecepatan aliran V = 1,324 m/det (V1)
Luas tampang hidrolis A = 71,868 m²
Tinggi tekanan kecepatan aliran hv = 0,089 m = he-hd
Tinggi aliran Hd = 3,989 m
Asumsi Bef B = 12 m
Qout lewat spillway = 95,19 m³/det
Jari-jari hidrolis rata-rata
R = A/(2Hd+ B) = 3,597 m
Dengan menggunakan rumus :
Di titik B : Tinggi energi potensial di bidang B = hd + he
= 3,989 + ( 179,245 – 172,65 )
= 3,989 + 6,595
= 10,584 m
∆l = 8,80 m
∆l1 = 9,432 m
Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di B (V2) = 8 m/det, maka :
Hd2 = 22 .Vb
Q = 812
19,95
= 0,991 m
A2 = 12 x 0,991 = 11,898 m2
R2 = ).2( 22 bhd
A
= 12991,02898,11
= 0,850 m
Rt = 2
624,0597,3 = 2,11 m
Vt = 2
8324,1 = 4,662 m/det
13
4
2221
22 ..
22l
R
Vng
Vg
Vhe
= 3,26 + 0,089 + 0,005 = 3,354
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 221 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Dengan demikian tinggi tekanan total diperoleh :
Hd2 + he = 0,991 + 3,354 = 4,345 m < 10,584 m
Dicoba lagi dengan asumsi kecepatan aliran yang berbeda :
V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd
13 12 0,610 7,322 0,554 0,996 7,162 8,614 0,089 0,082 9,395
13,883 12 0,571 6,855 0,522 0,938 7,606 9,829 0,089 0,100 10,584
14 12 0,567 6,799 0,518 0,931 7,662 9,990 0,089 0,103 10,749
Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 13,883 m/det didapatkan hd+he
= 10,584 m ~ 10,584 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka:
he = (he+hd) – hd2 = 10,584 m – 0,571 = 10,013 m
hv = he – hl = 10,013 – 0,100 = 9,913 m
Froude number pada titik B adalah :
Fr = 2
2
.hdgV (Sosrodarsono & Takeda, 1978)
= 571,0*81,9
887,13 = 5,867
Di titik C :
Tinggi energi potensial di bidang C = hd + he
= 3,989 + (179,245 – 171,75 )
= 3,989 + 7,495
= 11,484 m
∆l = 17,8 m
∆l1 = 18,476 m
Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di C berturut-turut sesuai tabel
sehingga didapatkan :
V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd
14 12 0,567 6,799 0,518 0,931 7,662 9,990 0,089 0,202 10,847
14,437 12 0,547 6,558 0,501 0,901 7,920 10,738 0,089 0,221 11,484
15 12 0,529 6,346 0,486 0,874 8,162 11,468 0,089 0,249 12,335
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 222 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 14,437 m/det didapatkan hd+he
= 11,484 m ~ 11,484 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka:
he = (he+hd) – hd2 = 11,484 – 0,547 = 10,937 m
hv = he – hl = 10,937 – 0,221 = 10,827m
Froude number pada titik C adalah :
Fr = 2
2
.hdgV =
547,0*81,914,437 = 6,232
Di titik D : Tinggi energi potensial di bidang D = hd + he
= 3,989 + (179,245 – 165,5 )
= 3,989 + 13,745
= 17,734 m
∆l = 42,8 m
∆l1 = 44,245 m
Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di D berturut-turut sesuai tabel
sehingga didapatkan :
V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd
17 12 0,467 5,599 0,433 0,779 9,162 14,730 0,089 0,876 16,162
17,821 12 0,445 5,341 0,414 0,745 9,573 16,187 0,089 1,014 17,735
18 12 0,441 5,288 0,411 0,738 9,662 16,514 0,089 1,046 18,090
Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 17,821 m/det didapatkan hd+he
= 17,735 m ~ 17,734 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka:
he = (he+hd) – hd2 = 17,735 – 0,445 = 17,290 m
hv = he – hl = 17,290 – 1,014 = 14,138 m
Froude number pada titik D adalah :
Fr = 2
2
.hdgV =
445,0*81,9 17,735 = 8,488
Di titik E : Tinggi energi potensial di bidang E = hd + he
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 223 JOKO SANTOSO L2A 001 086
= 3,989 + (179,245 – 160,5 )
= 3,989 + 18,745
= 22,734 m
∆l = 62,8 m
∆l1 = 64,860 m
Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di E berturut-turut sesuai tabel
sehingga didapatkan :
V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd
19 12 0,418 5,010 0,390 0,702 10,162 18,400 0,089 1,814 20,720
19,886 12 0,399 4,787 0,374 0,673 10,605 20,156 0,089 2,091 22,735
20 12 0,397 4,760 0,372 0,669 10,662 20,387 0,089 2,129 23,002
Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 19,886 m/det didapatkan hd+he
= 22,735 m ~ 22,734 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka:
he = (he+hd) – hd2 = 22,735 – 0,399 = 22,336 m
hv = he – hl = 22,336 – 2,091 = 20,245 m
Froude number pada titik E adalah :
Fr = 2
2
.hdgV =
399,0*81,9 19,886 = 10,051
5.4.5. Peredam Energi
Bangunan peredam energi digunakan untuk menghilangkan atau
setidaknya mengurangi energi air yang melimpah dengan energi yang tinggi dari
bangunan pelimpah agar tidak merusak bangunan atau instalasi lain di sebelah
hilir bangunan pelimpah. Suatu bangunan peredam energi yang berbentuk
kolam, dimana prinsip peredam energinya yang sebagian besar terjadi akibat
proses pergesekan di antara molekul-molekul air, sehingga timbul olakan-olakan
di dalam kolam tersebut dinamakan peredam energi tipe kolam olakan.
Dalam perencanaan dam ini menggunakan bangunan peredam energi tipe
kolam olak USBR. Penggolongan tipe kolam olak USBR adalah :
USBR I : Bilangan Froude < 4,5
USBR II : Bilangan Froude > 4,5 dengan kecepatan < 15 m/detik
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 224 JOKO SANTOSO L2A 001 086
USBR III : Bilangan Froude > 4,5 dengan kecepatan > 15 m/detik
USBR IV : Bilangan Froude 2,5 < Fr < 4,5
Perhitungan kolam olak digunakan rumus-rumus sebagai berikut :
VqY
YgVFr
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
Dimana :
V = Kecepatan awal loncatan (m/dt)
g = Percepatan gravitasi = 9,81 m²/dt
B = Lebar saluran = 12 m
Fr = Bilangan froude
Y = tinggi konjugasi
Perhitungan :
V = 19,886 m³/dt Y = Q/B V
Y = 95,19 / (12 x 19,886) Y = 0,398 m
Fr = gY
V = 19,886 / ( 9,81 . 0,398)0,5
= 10,051
Tipe kolam olak yang digunakan ditentukan berdasarkan nilai Fr dan V.
Fr = 10,051
V = 19,886 m/det
Digunakan kolam olak USBR III dengan dimensi sebagai berikut
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 225 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-22 Bentuk Kolam Olakan
a Panjang kolam olakan
Ukuran panjang kolam olakan tergantung pada bilangan Froude
aliran yang akan melintasi kolam tersebut. Karena Froude number > 4,5
maka digunakan kolam olak type USBR type III.
Gambar 5-23 Panjang Loncatan Hidrolis pada Kolam Olakan Datar
Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type I
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 226 JOKO SANTOSO L2A 001 086
d1
d1
d10 .5d1
h3
0.3h3
h3
0.5h3
0.75h3
0.8d2
Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type II
Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type III
- Dengan Fr = 10,051, dari grafik didapatkan nilai L/d2 = 2,7
- D2/D1 = 0,5 x 181 21 F
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
- D2/0,398 = 0,5 x )051,10.81( 2 -1
- D2 = 5,262 m
- L = 2,7 x 5,262 = 14,209 m ~ dipakai 15 m
b Gigi-gigi pemencar aliran, gigi-gigi benturan dan ambang ujung hilir
kolam olakan
Gigi-gigi pemencar aliran yang berfungsi sebagai pembagi berkas
aliran terletak di ujung saluran sebelum masuk ke dalam kolam olakan.
Sedangkan gigi-gigi benturan yang berfungsi sebagai penghadang aliran
serta mendeformir loncatan hidrolis menjadi pendek terletak pada dasar
kolam olakan. Adapun ambang ujung hilir kolam olakan dibuat rata tanpa
bergerigi.
Gambar 5-24 Ukuran gigi-gigi pemencar dan gigi-gigi benturan aliran
1. Dimensi kolam olakan
Ukuran kolam olakan adalah 10,40 m x 15 m
Ukuran gigi-gigi pemencar aliran adalah Dl = 0,398 m ≈ 0,4 m,
karena lebar ujung saluran peluncur adalah 10 m maka jumlah gigi-
gigi dibuat = 25 buah @ 40 cm, jarak antara gigi-gigi = 40 cm dan
jarak tepi ke dinding masing-masing = 40 cm
cek jumlah jarak = 13 x 0,4 + 12 x 0,4 + 2 x 0,4 = 10,40 m
Ukuran gigi pembentur aliran dengan mengacu pada gambar 5.25
didapatkan nilai h3/D1 = 2,4 h3 = 2,4 x 0,398 = 0,955 ≈ 0,93 m,
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 227 JOKO SANTOSO L2A 001 086
karena lebar kolam olakan adalah 15 m maka jumlah gigi-gigi dibuat
= 9 buah @ 0,95 m, jarak antara gigi-gigi = 0,75 x h3 = 0,75 x 0,95 =
0,712 m ≈ 0,7 m dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 0,5 x h3
= 0,5 x 0,95 = 0,475 m ≈ 0,5 m.
cek jumlah jarak = 9 x 0,93 + 8 x 0,7 + 2 x 0,5 = 15,00 m.
Ukuran ambang ujung hilir kolam olakan dengan mengacu pada
gambar 5.25 didapatkan nilai h4/d1 = 1,50 h4 = 1,50 x 0,398 =
0,597 m dengan kemiringan 1 : 2
Jarak antara gigi-gigi pemencar aliran s/d gigi-gigi benturan (tepi ke
tepi) adalah : 0,8 d2 = 0,8 x 5,262 = 4,209 m
Gambar 5-25 Tinggi Gigi Benturan dan Ambang Hilir pada Kolam Olakan Datar
Type III
2. Tinggi jagaan
Tinggi jagaan pada bangunan pelimpah (spillway) dihitung dengan
menggunakan rumus sebagai berikut :
Fb = C . V . d
(Sosrodarsono & Takeda, 1978)
atau
Fb = 0,6 + 0,037 . V. 31
d
Fb minimal = 0,5 s/d 0,6 m di atas permukaan al
Fb = tinggi jagaan
C = koefisien = 0,1 untuk penampang saluran berbentuk
persegi panjang dan 0,13 untuk penampang berbentuk
trapesium
V = kecepatan aliran (m/det)
d = kedalaman air di dalam saluran (m)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 228 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Tinggi jagaan pada kolam olakan adalah sebagai berikut :
d2 = 5,262 m
b = 10 m
A = 5,262. 10,4 = 54,724 m²
V = Q/A = 95,19/54,724 = 1,739 m/det
Tinggi jagaan :
Fb = 0,10 . 1,739 . 5,262
Fb = 0,915
Atau
Fb = 0,6 + (0,037 . 1,739 . 5,2621/3)
Fb = 0,71 m
Dipakai nilai tertinggi yaitu Fb = 0,915 m ≈ Fb = 1,00 m
5.5. ANALISIS STABILITAS BANGUNAN PELIMPAH
Perhitungan stabilitas konstruksi bangunan pelimpah ditinjau dengan dua
kondisi sebagai berikut :
1. Kondisi muka air normal
Akibat Berat Sendiri
Rumus : VolG
Dimana :
G = Berat konstruksi (ton)
V = Volume (m3)
= Berat jenis pasangan batu (2,2 ton/m3)
Jarak ditinjau ke titik G selanjutnya perhitungan disajikan dalam tabel
berikut :
Tabel 5.12 Perhitungan Gaya Akibat Berat Sendiri
No X Y γ G =vol . γ jarak momen
(ton) (m) (ton m)
G1 2,00 2,00 2,2 8,80 1,00 8,80
G2 6,00 1,00 2,2 12,10 5,00 60,5
G3 6,00 4,00 2,2 26,40 6,00 158,4
G4 1,00 1,00 2,2 1,10 5,87 6,45
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 229 JOKO SANTOSO L2A 001 086
No X Y γ G =vol . γ jarak momen
(ton) (m) (ton m)
G5 2,60 1,00 2,2 5,72 7,50 42,90
G6 1,60 4,50 2,2 15,84 8,30 131,47
G7 1,60 0,50 2,2 1,17 8,03 9,43
Jumlah 71,13 362,13 (sumber: perhitungan)
Akibat Gaya Gempa
Gaya akibat beban gempa berupa gaya horizontal (He) dan momen (M),
besarnya :
GEHe
Dimana E adalah koefisien gempa = 0,14
Tabel 5.13 Gaya Akibat Gaya Gempa
No Berat bangunan
E Gaya jarak momen
(ton) Horizontal
(m) (ton m) (He=G.0,14)
G1 8,80 0,14 1,23 1,00 1,23
G2 12,10 0,14 1,69 4,75 8,05
G3 26,40 0,14 3,70 4,00 14,78
G4 1,10 0,14 0,15 5,87 0,90
G5 5,72 0,14 0,80 7,50 6,01
G6 15,84 0,14 2,22 8,30 18,41
G7 1,17 0,14 0,16 8,03 1,32
9,96 50,70 (sumber: perhitungan)
Akibat Gaya Angkat (Uplift Pressure)
Tekanan air tanah (Px) dihitung dengan rumus :
HHxPx
Dimana :
Px = tekanan air pada titik x (T/m2)
Lx = jarak jalur rembesan pada titik x (m)
L = panjang total jalur rembesan (m)
Hw = beda tinggi energi
Hx = tinggi energi di hulu bendung pada titik x (m)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 230 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Tabel 5.14 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air
Titik Garis Lane
Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-H
V H 1/3H Lw Cw = 5,98
A 0,00 0,00 2,00 2,00
A-B 1,00
B 1,00 0,17 3,00 2,83
B-C 0,25 0,08
C 1,08 0,18 3,00 2,82
CD 0,50
D 1,58 0,26 2,50 2,24
D-E 1,00 0,33
E 1,92 0,32 2,50 2,18
E-F 0,50
F 2,42 0,40 3,00 2,60
F-G 0,50 0,17
G 2,58 0,43 3,00 2,57
G-H 0,50
H 3,08 0,52 2,50 1,98
H-I 1,00 0,33
I 3,42 0,57 2,50 1,93
I-J 0,50
J 3,92 0,65 3,00 2,35
J-K 0,50 0,17
K 4,08 0,68 3,00 2,32
K-L 0,50
L 4,58 0,77 2,50 1,73
L-M 1,00 0,33
M 4,92 0,82 2,50 1,68
M-N 3,00
N 7,92 1,32 5,00 3,68
N-O 2,60 0,87
O 8,78 1,47 5,00 3,53
O-P 1,00
P 9,78 1,64 4,00 2,36
P-Q 3,20 1,07
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 231 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Titik Garis Lane
Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-H
V H 1/3H Lw Cw = 5,98
Q 10,85 1,81 4,00 2,19
Q-R 1,00
R 11,85 1,98 5,00 3,02
R-S 2,00 0,67
S 12,52 2,09 5,00 2,91
S-T 1,50
T 14,02 2,34 3,75 1,41
T-U 25,00 8,33
U 22,35 3,74 3,75 0,01
U-V 0,50
V 22,85 3,82 4,25 0,43
V-W 0,25 0,08
W 22,93 3,83 4,25 0,42
W-X 1,00
X 23,93 4,00 3,25 -0,75
Jumlah 11,50 37,30 12,43 (sumber: perhitungan)
Angka rembesan (Cw) = Hw
LhLv 31
= 4
43.1250.11 = 5,98
Tabel 5.15 Perhitungan Gaya Angkat
Gaya Luas x Tekanan Gaya
Vertikal Jarak Momen Vertikal
(ton) (m) (ton m)
U1 (2,6.3,53)+(0,5.3,53.(3,68-3,53)) 9,372 7,50 70,287
U2 (1.2,36)+(0,5.1.(3,53-2,36)) 2,948 1,10 3,243
U3 (3,2.2,19)+(0.5.3,2.(2,36-2,19)) 7,282 4,75 34,592
U4 (2.2,91)+(0,5.2.(3,02-2,91)) 5,928 1,00 5,928
Jumlah 25,530 114,049
Tabel 5.16 Perhitungan Gaya Hidrostatis
Gaya Luas x Tekanan Gaya
Horizontal Jarak Momen Vertikal
(ton) (m) (ton m)
W1 0,5.2.2 2,000 4,17 8,333
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 232 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gaya Luas x Tekanan Gaya
Horizontal Jarak Momen Vertikal
(ton) (m) (ton m)
W2 3.1,68 5,035 1,50 7,552
0,5.3.(3,68-1,68) 2,998 1,00 2,998
W3 1.2,36 -2,365 0,50 -1,182
0,5.1.(3,53-2,36) -0,072 0,33 -0,024
W4 1.2,19 2,187 0,50 1,093
0,5.1.(3,02-2,19) 0,416 0,33 0,139
W5 0,5.1.0,42 0,209 1,33 0,278
Jumlah 10,407 19,187
Akibat Tekanan Tanah
Berdasarkan data penyelidikan tanah dari laboratorium
mekanika tanah Teknik Sipil Undip menghasilkan parameter tanah
berupa, (φ) = 18°, (γsat) = 1,7125 T/m3. Tekanan tanah dihitung dengan
rumus sebagai berukut : 2
21 HKasatPa
(Penerbit Gunadarma,1997)
Dimana :
Ka = )245(tan 2
= )21845(tan 2
= 0,528
Pa = 22
1 HKasat
= 23528.07125.121
=9,12 T/m2
Tabel 5.17 Perhitungan Tekanan Tanah
Gaya Luas x Tekanan Gaya horizontal Jarak Momen
vertikal
(ton) (m) (ton m)
Pa 0,5.9,12.3,5 15,96 1,17 18,62
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 233 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gaya Luas x Tekanan Gaya horizontal Jarak Momen
vertikal
(ton) (m) (ton m)
Jumlah 15,96 18,62
Tabel 5.18 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Normal
No. Jenis Gaya Gaya Momen
V (ton) H (ton) MV (ton m)
MH (ton m)
1 Berat sendiri 71,133 362,126
2 Gempa 9,959 50,698
3 Uplift Pressure 25,530 114,049
4 Hidrostatis 10,407 19,187
5 Tekanan Tanah 15,964 18,625
Jumlah 96,663 36,330 476,176 88,509
Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Normal
a. Terhadap Guling
5.1
MHMV
Sf (KP-02, 1986)
5.1509.88176.476
= 5,38 > 1,5 (aman)
Dimana :
Sf = faktor keamanan
MV = jumlah momen vertikal
MH = jumlah momen horizontal
b. Terhadap Geser
5.1
RHRV
fSf (KP-02, 1986)
= 5.1330.36663.9675.0
= 2,00>1,5 (aman)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 234 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Dimana :
Sf = faktor keamanan
RV = jumlah gaya vertikal
RH = jumlah gaya horizontal
f = 0,75
c. Terhadap Eksentrisitas
RV
MHMVa (KP-02, 1986)
= 663.96
509.88176.476 = 4,01
6)2( BaBe
e = 01.427 = -0,51 < 1,17 (aman)
d. Terhadap Daya Dukung Tanah
Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh :
γ = 1,7125 T/m3
c = 1,6
φ = 18°
Dari grafik Terzaghi diperoleh :
Nc = 15,78
Nq = 6,2 Nγ = 4
B = 7 m Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :
NBNqNccqult ...5,0.. (Penerbit Gunadarma,1997)
= 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4
= 59,84 T/m2
2/95.193
mTqultqall
Be
BRV 61
277.761max mkN
Be
BRV < qall (aman)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 235 JOKO SANTOSO L2A 001 086
285.1961min mkN
Be
BRV < qall (aman)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 236 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-26 Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air
+179.25
+175.25
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 237 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-27 Diagram Kondisi Air Normal
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 238 JOKO SANTOSO L2A 001 086
2. Kondisi muka air banjir
Pada saat banjir gaya-gaya yang bekerja ada yang mengalami
perubahan seperti gaya tekan ke atas (Uplift Pressue) dan hidrostatis
Gaya Tekan ke atas
Tabel 5.19 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Ai Banjir
Titik Garis Lane
Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-
H V H 1/3H Lw Cw = 2.96
A 0,00 0,00 5,99 5,99
A-B 1,00
B 1,00 0,33 6,99 6,66
B-C 0,25 0,08
C 1,08 0,36 6,99 6,63
CD 0,50
D 1,58 0,53 6,49 5,96
D-E 1,00 0,33
E 1,92 0,64 6,49 5,85
E-F 0,50
F 2,42 0,81 6,99 6,18
F-G 0,50 0,17
G 2,58 0,86 6,99 6,13
G-H 0,50
H 3,08 1,03 6,49 5,46
H-I 1,00 0,33
I 3,42 1,14 6,49 5,35
I-J 0,50
J 3,92 1,31 6,99 5,68
J-K 0,50 0,17
K 4,08 1,36 6,99 5,63
K-L 0,50
L 4,58 1,53 6,49 4,96
L-M 1,00 0,33
M 4,92 1,64 6,49 4,85
M-N 3,00
N 7,92 2,64 8,99 6,35
N-O 2,60 0,87
O 8,78 2,93 8,99 6,06
O-P 1,00
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 239 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Titik Garis Lane
Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-
H V H 1/3H Lw Cw = 2.96
P 9,78 3,27 7,99 4,72
P-Q 3,20 1,07
Q 10,85 3,62 7,99 4,37
Q-R 1,00
R 11,85 3,96 8,99 5,03
R-S 2,00 0,67
S 12,52 4,18 8,99 4,81
S-T 1,50
T 14,02 4,68 7,74 3,06
T-U 25,00 8,33
U 22,35 7,46 7,74 0,28
U-V 0,50
V 22,85 7,63 8,24 0,61
V-W 0,25 0,08
W 22,93 7,66 8,24 0,58
W-X 1,00
X 23,93 7,99 7,24 -0,75
Jumlah 11,50 37,30 12,43 (sumber : perhitungan)
Akibat kondisi banjir :
1. Muka air hulu = +183,234 m
2. Bagian hilir = +175,25 m
3. Hw = 183,234 - 175,25 = 7,989 m
4. Cw = 96.2989.7
43.125.11
Tabel 5.20 Perhitungan Gaya Angkat
Gaya Luas x Tekanan Gaya
Vertikal Jarak Momen Vertikal
(ton) (m) (ton m)
U1 (2.6.6,06)+(0.5.2.6.(6,35-6,06)) 16,125 7,50 120,934
U2 (1.4.72)+(0.5.1.(6.06-4.72)) 5.390 1.10 5.929
U3 (3,2.4,37)+(0,5.3.2.(4,72-4,37)) 14,545 4,75 69,088
U4 (2.4,81)+(0,5.2.(5,03-4,81)) 9,844 1,00 9,844
Jumlah 50,904 205,796
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 240 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Tabel 5.21 Perhitungan Gaya Hidrostatis
Gaya Luas x Tekanan Gaya
Horizontal Jarak Momen Vertikal
(ton) (m) (ton m)
W1 0,5.5,99.5,99 17,934 5,50 98,572
W2 3.4,85 14,543 1,50 21,815
0,5.3.(6,35-4,85) 2,248 1,00 2,248
W3 1.4,72 -4,723 0,50 -2,362
0,5.1.(6,06-4,72) -0,145 0,33 -0,048
W4 1.4,37 4,367 0,50 2,184
0,5.1.(5,03-4,37) 0,333 0,33 0,111
W5 0,5.1.0,58 0,292 1,33 0,389
Jumlah 34,850 122,909
Tabel 5.22 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Banjir
No. Jenis Gaya Gaya Momen
V (ton) H (ton) MV (ton m)
MH (ton m)
1 Berat sendiri 71,133 362,126
2 Gempa 9,959 50,698
3 Uplift Pressure 50,904 205,796
4 Hidrostatis 34,850 122,909
5 Tekanan Tanah 15,964 18,625
Jumlah 122,037 60,772 567,922 192,231
Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Banjir
a. Terhadap Guling
5,1
MHMV
Sf (KP-02, 1986)
= 5,1231.192922.567
= 2,95 > 1,5 (aman)
Dimana :
Sf = faktor keamanan
MV = jumlah momen vertikal
MH = jumlah momen horizontal
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 241 JOKO SANTOSO L2A 001 086
b. Terhadap Geser
5.1
RHRV
fSf (KP-02, 1986)
= 5.1772.60037.12275.0
= 1,51 >1,5 (aman)
Dimana :
Sf = faktor keamanan
RV = jumlah gaya vertikal
RH = jumlah gaya horizontal
f = 0,75 (Joetata dkk, 1997)
c. Terhadap Eksentrisitas
RV
MHMVa (KP-02, 1986)
= 037.122
231.192922.567 = 3,08
6)2( BaBe
08.327 e = 0,42 < 1,17 (aman)
d. Terhadap daya Dukung Tanah
Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh :
γ = 1,7125 T/m3
c = 1,6
φ = 18°
Dari grafik Terzaghi diperoleh :
Nc = 15,78
Nq = 6,2 Nγ = 4
B = 7 m Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :
NBNqNccqult ...5,0.. (Penerbit Gunadarma,1997)
= 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4
= 59,84 T/m2
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 242 JOKO SANTOSO L2A 001 086
2/95.193
mTqultqall
Be
BRV 61
288.1961max mkN
Be
BRV < qall (aman)
256.1261min mkN
Be
BRV < qall (aman)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 243 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Gambar 5-28 Diagram Kondisi Air Banjir
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 244 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5.6. PERENCANAAN PIPA PESAT (PENSTOCK)
Data design :
Material pipa pesat = plat baja
Tegangan ijin :
- Tarik dan tekan = 1200 kg/cm2
- Geser = 750 kg/cm2
Efisiensi sambungan 1as = 0,85
Korosi ijin = 2 mm
Beban rencana :
- Tinggi terjun maksimum = 18.24 m
- Tinggi terjun design = 14.25 m
5.6.1. Dimensi Pipa Pesat
a. Diameter pipa pesat
Dihitung dengan Gordon dan Penman :
Q andalan = Debit air = 0.113 m3/det
Do = 0,72 * (Qair)0.5
= 0,72*(0.113)0.5
= 0.242 m = 24.2 cm
Direncanakan diameter pipa pesat 25 cm
b. Tebal plat pipa pesat
*Do*Pto
(Mosonyi,1991)
Di mana:
to = Tebal plat (mm)
P = Tekanan air dalam pipa pesat (kg/cm2)
= 0,1 * Hdyn = 0,1*(1,2*Ho)
Ho = Tinggi terjun desain maksimum = 18.24 m
= Tegangan ijin plat baja (= 1300 kg/cm2)
η = Efisiensi sambungan las (0,85)
ε = Korosi plat yang diijinkan (1 - 3 mm), diambil 2 mm.
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 245 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Perhitungan
P = 0,1 * (1,2*18.24) = 2.19 kg/cm2
20,85*1300*2
250*2.19 to
= 2,49 mm
Menurut Technical Standard for Gates and Penstock tebal plat
minimum tidak boleh lebih kecil dari 6 mm, sehingga tebal plat pipa pesat
yang dipakai adalah 6 mm.
5.6.2. Stabilitas Pipa Pesat
Tekanan air maksimum akibat Water Hammer
Konstanta Allievi
1Ho*g*2
Vo* P
(Mosonyi,1991)
2
41 Do**
Vo
Q
(Mosonyi,1991)
Di mana :
α = Kecepatan rambat gelombang tekanan (m/dt)
Ho = Tekanan Hidrostatis (m)
Vo = Kecepatan rata-rata dalam aliran (m/dt)
Rumus pendekatan
21
*50
1000
toDok
(Mosonyi,1991)
dengan harga k = 0,5 untuk baja
k = 1 untuk besi tuang
perhitungan :
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 246 JOKO SANTOSO L2A 001 086
21
006,0250.0*5.050
1000
α = 31,46 m/dt
2
41 0.250**
113.0 Vo = 2.4580 m/dt
18.24*9.81*2.45802*31,46 P
P = 0,216 < 1 ………………………………..…..AMAN !!!!!
Karena P < 1, maka tekanan akibat water hammer tidak banyak
mempengaruhi stabilitas pipa pesat tersebut.
Pipa pesat dari baja ada 2 kriteria :
1. Pipa kecil apabila : P * D <10000 kg/cm
Maka pipa tidak perlu pakai sabuk/ beugel.
2. Apabila P*D > 10000 kg/cm
Maka pipa memerlukan beugel perkuatan.
P = tekanan air
2/10
cmkgHdynP
(Mosonyi,1991)
Di mana :
D = diameter pipa
Hdyn = tinggi terjun dinamis (m)
Perhitungan :
P = 1824/10 = 182.4 kg/cm2
P < 10000 kg/cm2
Maka digunakan pipa jenis pertama yaitu pipa kecil tanpa sabuk atau
beugel.
Tekanan Lingkar Akibat Tekanan Hidrostatis
)/(-to
R*P σ 2cmkg
(Mosonyi,1991)
Di mana :
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 247 JOKO SANTOSO L2A 001 086
P = Tekanan air maksimum = 0,1 * Hdyn
R = Luas basah = 0,5 (Do+ε)
Perhitungan :
R = 0,5* (24.2+0.2) = 12.2 cm
0.2-0,6*22.12*1.824 σ
σ = 27,82 kg/cm2 < σ ijin = 1300 kg/cm2 ......................AMAN!!!
5.7. PERENCANAAN TURBIN
5.7.1. Tinggi Terjun (Head)
Turbin yang digunakan pada PLTMH di sini adalah direncanakan
menggunakan Turbin Impuls. Adapun alasan digunakannya turbin jenis tersebut
karena ketinggian terjunnya kurang dari 40 m. Dari data perencanaan dam dapat
ditentukan tinggi terjun sebagai berikut :
Data elevasi :
MAT (elevasi Muka Air Tinggi) = + 183,234 m
MAN (elevasi Muka Air Normal) = + 179,245 m
MAR (elevasi Muka Air rendah ) = + 169,791 m
5.7.2. Kehilangan Tinggi Terjun (Head Loss)
Dengan adanya penyaluran dari kolam (reservoir) ke saluran
pembuangan akan terjadi kehilangan energi terdiri dari :
1. Akibat trash rack dapat dihitimg dengan rumus :
g
Vo
2
sinbtK
Hr
234
(Mosonyi,1991)
Di mana :
K = Koefisien losses untuk elemen dengan bentuk segi empat =
2,42
t = Tebal elemen = 0,8 cm
b = Celah antar 2 elemen = 6 – 0,8 = 5,2 cm
α = Sudut kemiringan trash rack = 90°
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 248 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Q = Debit air yang direncanakan = 0,113 m3/det
Vo = Kecepatan rata-rata dalam aliran (m3/det)
241 Do
Vo
Q
g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/dt2
Perhitungan :
241 Do
Vo
Q
241 0.242
113.0
= 2,46 m/dt
81,92
46.290sin5,20,82,42
Hr
2o34
= 0,062 m
2. Akibat gesekan
Kerena gesekan sepanjang pipa pesat dihitung dengan persamaan
Mainning :
V = 1/n . R2/3 . I1/2
V = D
Q4
1
241 0.242
113.0
= 2.46 m/dt
gV2
2
= 81,92
46.2 2
= 0.31 m
Untuk panjang pipa pesat L = 20 m, maka Hf = Q / L = 0.113 / 20
= 0,00565 m
g2
V
g2VHf Hf
2
2
(Mosonyi,1991)
g2
V31.0
0,00565 Hf2
g2
V018.0 Hf2
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 249 JOKO SANTOSO L2A 001 086
3. Akibat belokan
Hb = fb. (V2/2g)
Di mana :
fb = Koefisien belokan (rumus Fuller)
fb = (0,131+0,163 (D/R)3,5 ).(θ/90)0,5
D = Diameter dalam pipa (= 65 m)
R = Jari-jari lengkung sumbu belokan
F = Koefisien kerugian
θ = Sudut belokan = 92 °
Perhitungan :
fb = (0,131+0,163.(D/R)3,5 ).(θ/90)0,5
= (0,131 + 0,163 . (0,242/5)3,5) . (92 / 90)0,5
= 0,1310
Hb = fb. (V2/2g)
= 0,1310 . (V2/2 . g)
Kehilangan tinggi energi total :
Hl = Hr + Hf + Hb
= 0,062 + 0,018 .(V2/2.g) + 0,1310.(V2/2.g)
= 0,062 + 0,149.( V2/2.g)
= 0,062 + 0,149.(2,462/2.9,81)
Hl = 0,108 m
5.7.3. Tinggi Terjun Bersih ( Net Head )
Tinggi. terjun bersih adalah tinggi terjun yang dapat digunakan untuk
mengerakkan turbin, yaitu pada elevasi tinggi terjun pada MAT dengan elevasi
dasar dam dikurangi total kehilangan tinggi terjun.
Hn = (MAT – Elev.dasar) - Hl
Hn = 183,234 – 165 – 0,108 = 18,126 m
5.7.4. Turbin
1. Daya Turbin
Data :
Hn = 18,126 m
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 250 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Q = 0,113 m3/dt
η = 0,85
Perhitungan :
Pt = Hn . Q . g . η
(Mosonyi,1991)
Pt = 18,126 . 0,113 . 9,81 . 0,85
Pt = 17,08 kWatt
2. Putaran spesifik turbin (Ns)
Persamaan Desiervo dan Lugaresi (1978)
Nsj = 85,49/Hn0,243 .
Di mana: Nsj = Putaran spesifik turbin untuk single jet
Nsj = 85,49/18,1260,243
Nsj = 42,281
Putaran spesifik turbin = Ns
zNsj Ns
(Mosonyi,1991)
Di mana : z = jumlah jet
142.281 Ns
Ns = 42,281
Putaran turbin = N
N = Ns .(Hn5/4/P1/2) rpm
Di mana : P = daya turbin
N = 42,281 . (18,1265/4/17,081/2)
N = 382,630 rpm
3. Estimasi putaran lari (Runway speed)
Yaitu perhitungan kemampuan putaran turbin.
Nr/N = 0,63 (Ns)0,2
Nr = 0,63 . 42,2810,2.382,630
Nr = 509,740
Nmax = Nr (Hn/Hd)0,5
Nmax = 509,740. (18,126/14,25)0,5
Nmax = 574,900
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 251 JOKO SANTOSO L2A 001 086
4. Dimensi kasar turbin
Kecepatan mutlak pancaran air (Cl)
Hng2Kc CI
(Mosonyi,1991)
Di mana : Kc = koefisien kecepatan naik = 0,97
18.1269.812 0,97 CI
Cl = 18,292
Kecepatan ketuar optimal (UI)
Hng2Ku UI
(Mosonyi,1991)
Di mana : Ku = koefisien kecepatan keluar = 0,45 – 0,49 ; diambil 0,47
18.1269,8120,47 UI
UI = 8,863
Diameter lingkaran tusuk runner (D)
NUI60 D
(m)
(Mosonyi,1991)
382.6308.86360 D
D = 0,443m
Diameter pancaran air/ nozzle dengan diameter roda jalan/ runner
(D) berkisar antara 10 (untuk low head impulse turbin) hingga 24 (untuk
high head impulse turbin).
Dipilih D/d = 10
Diameter pancaran d = D/10 = 0,443 / 10 = 0,044
Debit air yang melalui inlet turbin = debit air yang melalui pancaran air.
Q = n . A . CI
n = Q/(π . d2. CI)
dimana : n = jumlah pancaran
n = 0,113 / (π . 0,0442 . 18,292)
n = 1,016
jumlah mangkok (Z) menurut rumus empiris jumlah mangkok turbin :
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 252 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Z = (D/2d)+15
Z = (0,443/(2. 0,044)) + 15
Z = 20,4 ≈ 21 buah
5. Pengaturan/ Regulation
Peningkatan kecepatan setelah beban penuh.
a. Perhitungan parameter pipa pesat.
Waktu Refleksi (Tr)
i
aiLi2 Tr
t*epDi
ew1
1 ai
(detik)
(Mosonyi,1991)
Di mana:
ρ = Massa jenis air = 1000 kg/m3
t = Tebal pipa = 6 mm
Di = Diameter pipa = 24,2 cm
Ep = Young modulus baja = 2,1 . 1011 N/m3
Ew = Young modulus air = 2 . 109 N/m3
Perhitungan :
0,006102,10.242
10211000
1 ai
119
ai = 1202,062 detik
Tr = 2,120 / 1202,062
= 0,1997
Waktu percepatan start air (Tw)
i
AmLi
HngQr Tw
(Mosonyi,1991)
Di mana :
Qr = Debit (rated discharge)
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 253 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Hr = Tinggi terjun (rated Head)
Am = luas penampang pipa = ¼.π.d2 = ¼.π.0,2422 = 0,046 m2
Perhitungan :
046.021
18.1269.810.113 Tw
Tw = 0,2901
b. Peningkatan tekanan dinamik maksimum
1997.02901.0
TrTw hw
(Mosonyi,1991)
hw = 1,453 > 1
c. Waktu penutupan minimal (Tf)
2
TrH/HrTw Tf
Kc
(Mosonyi,1991)
syarat Tf > 3 . Tr
Kc = faktor koreksi turbin = 3,7
2
TrH/HrTw Tf
Kc
Tf = 141,725 detik > 3 . 0,0297.........Aman!
5.7.5. Pemilihan Tipe Turbin
Data-data :
Hnetto = 18.126 m
Q = 0,113 m3/dt
Pt = 17,08 kWatt
Ns = 42,281
Tabel 5.23 Kecepatan Spesifik Untuk Bermacam-macam Tipe Turbin Type of runner Ns (Specific speed) (rpm)
Pelton
Turgo
Cross Flow
Francis
Propeller and Kaplan
12-30
20-70
20-80
80-400
340-1000
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 254 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Dengan Ns = 42.281 rpm, maka dari tabel diatas dapat diketahui bahwa tipe
turbin yang dipakai adalah tipe turbin Cross Flow
5.8. GENERATOR
5.8.1. Jenis Dan Tipe Generator
Pemilihan generator tergantung pada kecepatan putar generator :
a. Generator dengan kecepatan putar rendah
Biasanya berukuran besar, berat dengan efisiensi rendah
b. Generator dengan kecepatan putar tinggi
Berukuran lebih kecil, lebih ringan dengan efisiensi lebih kecil
Sedangkan kecepatan putar generator dipengaruhi oleh kecepatan putar
turbin.
Jumlah kutub magnetik pada generator dihitung dengan rumus :
P = (60.f)/N
Di mana:
P = Jumlah kutub magnetik generator
f = Frekuensi generator
N = Kecepatan putar generator
N generator dianggap sama dengan N turbin = 382,630 rpm
Frekuensi generator yang tersedia dipasaran adalah 50-60 Hz , maka diambil
50 Hz
P = (60. 50)/ 382,630
P = 7,84 = 8 buah
Generator yang dipilih adalah generator dengan daya 22 kVA,
kecepatan putar generator 382,630 rpm dengan faktor daya 0,8. Daya keluar
generator 230/400 Volt.
Klasifikasi lengkap yang dipilih sebagai berikut :
Kapasitas = 22 kVA
Tegangan = 230/400 Volt
Kecepatan putar = 382,630 rpm
Faktor daya = 0,8
Frekwensi = 50 Hz
Jumlah kutub magnetik = 8 buah.
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 255 JOKO SANTOSO L2A 001 086
5.8.2. Daya yang Dihasilkan PLTMH
Daya yang dapat dipakai diperhitungkan terhadap overall efisiensi
(EOV) di mana overall efisiensi tersebut dirumuskan sebagai :
Pkeluar = 9,81.:Qr . Hn.EOV (kW)
Pkeluar = 9,81 . Qr . Hn. Et . Eg . Es . Etr . Ets
Di mana :
Qr = debit aliran = 0,113 m3/det
Hn = tinggi jatuh bersih = 18,126
Et = effisiensi turbin = untuk turbular turbin = 0,85
Eg = effisiensi generator = untuk daya 100% = 0,90
Es = effisiensi speed increaser = untuk beban 100% = 0,96
Etr = effisiensi transformator = untuk beban 100% = 0,98
Ets = effisiensi transmisi putar = untuk beban 100% = 0,98
Perhitungan :
Pkeluar = 9,81 . 0,113 . 18,126 . 0,85 . 0,9 . 0,96 . 0,98 . 0,98
Pkeluar = 14,172 kWatt
5.9. POWER HOUSE
Power house adalah bangunan tempat pengendalian keseluruhan operasi
PLTMH yang didalamnya terdapat instalasi-instalasi listrik seperti generator,
turbin dan kantor. Power house yang direncanakan mempunyai panjang 12,5 m,
lebar 21 m, dan di bawah bangunan terdapat sarana saluran yang mengalirkan air
dari turbin ke saluran pembuangan. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai
struktur adalah K250, untuk atap digunakan asbes bergelombang dengan kuda-
kuda dari rangka baja dan pondasi setempat.
5.10. SALURAN PEMBUANGAN (TAIL RACE)
Saluran pembuangan ini berfungsi untuk mengalirkan debit air yang keluar
dari turbin air untuk kemudian dibuang ke sungai. Saluran ini dimensinya harus
sama atau lebih besar daripada saluran pemasukan mengingat adanya
kemungkinan perubahan mendadak dari debit turbin air. Rumus untuk
mendimensi saluran ini sama dengan rumus untuk mendimensi saluran pemasukan
yaitu :
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 256 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Q = A. V PAR
(C.D. Soemarto,1999)
V = l/n . R2/3.I1/2
Di mana :
Q = V.A = Debit air
A = Luas pcnampang basah
V = Kecepatan air ; V = l/n . R2/3.I1/2
B = Lebar saluran
h = Tinggi air
P = Keliling basah
R = A/P = Jari-jari hidrolis
n = Koefisien manning = 0,030
I = Kemiringan dasar saluran = 0,0035
Perhitungan :
A = b.h , dimana : b = 2h
A = 1,5.h2
P = 2 . h + b = 3,5 h
R = A / P = 1,5 . h2 / (3,5.h) = 0,429 . h
V = l/n . R2/3.I1/2
V = 1/0,030 . (0,429 . h)2/3 . 0,00350,5 = 1,122 . h2/3
Q = A . V = 1,5 . h2 . 1,122 . h2/3
= 1,683. h8/3
0,113 = 1,683. h8/3
h = 0,36 m ≈ 1 m
jika h = 1m, maka b = 2h = 2.1 = 2 m
5.11. PERENCANAAN PINTU PENGATUR
5.11.1. Dimensi Profil Horisontal dan Vertikal Pada Pintu
Pada pintu sorong, tekanan air harus diteruskan ke sponning, pintu
direncanakan sedemikian rupa sehingga masing-masing profil melintang
(horisontal) mampu menahan tekanan hidrostatis dan meneruskannya ke sponning,
agar pelaksanaan pembuatan pintu lebih mudah dan ekonomis maka perhitungan
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 257 JOKO SANTOSO L2A 001 086
V e r tik a lH o ris on ta l
0 ,5
0 ,2 5
0 ,2 5
P 2
P 1h 2
h 1
h
dimensi profil berdasarkan pada jarak antar profil tetap dan momen maksimal
yang terjadi.
Diketahui :
Tinggi pintu = 50 cm
Lebar pintu = 50 cm
Bahan daun pintu = plat baja
Tegangan ijin baja = 1300 kg/cm2
γair = 1 ton/m3
Gambar 5-29 Dimensi Pintu Pengatur
a. Profil Horisontal
P1 = ½. γair.(h12-h2).c
P2 = ½. γair.(h22-h1
2).c
Q = P/L
M = 1/8.qL2
W = M/σ1
Di mana :
P = Besar tekanan air (T)
γair = Berat jenis air
h = Kedalaman muka air
c = Jarak antar profil
q = Beban merata yang bekerja pada profil (T/m)
M = Momen yang bekerja pada profil (Tm)
L = Panjang profil (m)
W = Modulus penampang pada profil (cm3)
σ1 = Tegangan ijin baja
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 258 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Perhitungan :
P1 = 0,5.1,00.(0,752- 0,52).0,5
= 0,078 ton
q1 = 0,078/0,5
= 0,156 ton/m
M1 = 1/8.0,156.0,52
= 0,005 tm
= 487,500 kgcm
W1 = 487,500/1300
= 0,375 cm3
P2 = 0,5.1,00.(1,02-0,752).0,5
= 0,109 ton
q2 = 0,109/0,5
= 0,218 ton/m
M2 = 1/8 .0,218.0,52
= 0,007 tm
= 681,250 kgcm
W2 = 681,250/1300
= 0,524 cm3
Profil horisontal 1 dan 2 digunakan profil [3
• Wx = 4,26 cm3
• Ix = 6,39 cm4
• E = 2,1.106
b. Profil Vertikal
Pendimensian menyesuaikan profil horisontal yaitu : bagian tepi
menggunakan profil [ 3
c. Syarat Kontrol Lendutan f < f
250L
EILMmaks
485 2
(Mosonyi,1991)
250L
EIL681,250
485 2
0,013 < 0,2 ...................Aman!
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 259 JOKO SANTOSO L2A 001 086
d. Tebal Plat Pintu
Lebar profil [ 3 = 0,033 m
Jarak antara profil horisontal (Ch) = 0,5 m
a' = Ch – 2 . 0,5 . bp
= 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033
= 0,467 m
b' = 0,5 – 2 . 0,5. bp
= 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033
= 0,467 m
c’ = a' . b' / (a'2 - b'2 )0,5
= 0,467 . 0,467 / (0,4672 + 0,4672)0,5
= 0,330 m
maka tebal plat
Rumus :
Pp = 0,5 . γair . (h22 – h1
2) . c
Ra = Rb = 0,5 . Pp
M = (Ra + Rb). c - (Ra + Rb).2/3 . c
)ba*/(*6d 221
2 M
Di mana :
Pp = tekanan pada plat
a',b'= sisi - sisi pada plat
R = gaya reaksi pada plat
M = momen yang terjadi pada plat
d = tebal plat minimum
σ1 = tegangan ijin plat baja
Perhitungan :
Pp = 0,5. 1 . (1,02 - 0,752).0,330
= 0,144 ton
Ra = Rb = 0,5 . 0,144
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 260 JOKO SANTOSO L2A 001 086
= 0,072 ton
M = (0,072 +0,072). 0,330 - (0,072 + 0,072 ).2/3.0,330
= 0,016 tm
d2 = 6 . 1584 / (1300.(46,72 + 46,72)0,5)
= 0,111 cm
d = 0,333 cm ≈ 0,5 cm
dipakai tebal plat adalah 0,5 cm
5.11.2. Dimensi Stang Ulir
Berat pintu pengatur :
Profil Horisontal
[3 = 4,26 . 2 . 0,5 = 4,260 kg
Profil Vertikal
[3 = 4,26 . 0,5 = 2,130 kg
Plat Pintu = 0,5 . 0,5 . 0,5 . 7600 = 950,000 kg
Berat Pintu = 956,390 kg
Mur dan Baut = 20% . 956,39 = 191,278 kg
Berat total pintu = 1147,668 kg
Diameter stang ulir dihitung menggunakan rumus batang tarik
Rumus :
A = n. P/ σ1
d2 = 4A/π
Di mana :
A = Luas batang penampang stang ulir
P = Gaya pada satu stang ulir
n = Angka keamanan = 3
σ1 = Tegangan ijin baja
Perhitungan :
A = 3 .1.147,668 / 1300
= 2,648 cm2
d2 = 4 . 2,648/ π
= 3,372
d = 1,836 cm
Tugas Akhir
Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang
HILALUDIN L2A 001 078 261 JOKO SANTOSO L2A 001 086
Diambil diameter stang ulir (d) = 2,0 cm dan dalam penguliran (v) = 0,5 cm,
maka diameter total stang ulir (d1) = 2,0+(2.0,5) = 3 cm
Perhitungan diameter poros roda :
W = P. ½ . D / (0,1. σ1)
(Mosonyi,1991)
Di mana :
W = Momen tahanan poros roda
D = Diameter poros roda
P = Gaya angkat
σ1 = Tegangan ijin baja
Perhitungan:
W = 1.147,668 . 0,5 . D/(0,1 . 1300)
W = 4,414 D
W = π .D3 /32
D2 = 44,963
D = 6,705 cm = 7,0 cm
5.11.3. Sponning
Diketahui dimensi 3 sebagai berikut :
h = 30 mm
b = 33 mm
t = 7 mm
d = h + t = 37 mm
a = 5 + (0,5 . d)
= 23.5 mm
b = 3 + (l,1 . d)
= 43,7 mm
c = a + 3 + (0,1.d) = 23,5 + 3 + (0,1 . 37)
= 30,2 mm
e = c - a
= 30,2 – 23,5
= 6,7 mm