Download - 15011098 Resky Aranda Bab IV
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
1/21
BAB IV
PERHITUNGAN PERENCANAAN STABILITASBENDUNG
4.1 Gaya Berat Tubuh Bendung
Secara umum, Beban ada yaitu beban mati dan beban hidup. beban
mati terdiri dari berat bangunan dan seluruh beban tetap/permanen
pada bangunan. Sedangkan beban hidup adalah beban yang tidak
akan bekerja terus-menerus pada konstruksi. Dalam perhitungan
sebaiknya dipakai kemungkinan pembebanan yang paling tidak
menguntungkan (unfavourable. Beban hidup terdiri dari beban
kendaraan dan orang atau he!an. Dalam perencanaan bendung,
beban hidup tidak diperhitungkan karena pada konstruksi bendung
tidak dibangun jalan ataupun jembatan.
"aya berat tubuh bendung adalah gaya yang ditimbulkan karena
berat sendiri yang dimiliki oleh konstruksi bangunan tersebut.
Berat bengunan bergantung pada bahan yang dipakai untuk
membuat bangunan itu. Berat jenis bendung yang digunakan untuk
tugas besar ini adalah #.#$$ kg/m% & ## k'/m% yang terbuat dari
beton.
Tabe 4.1 Berat olume )assa (*+
)etode yang digunakan untuk menentukan gaya berat bendung
adalah dengan membagi tubuh bendung menjadi bagian-bagian
yang prismatis. Berat bendung dihitung untuk satu satuan lebar
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
2/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
bendung. Berat bendung dihitung dengan mengalikan berat jenis
bahan bendung dengan luas masing-masing bagian.
"aya berat bendung ini bekerja pada arah vertikal pada titik berat
konstruksi. Berat bendung ini juga akan menghasilkan momen
terhadap titik 2. etak titik 2 pada ujung pondasi di hilir bendung
untuk peredam energi tipe bak tenggelam/bucket . 3ntuk ilustrasi
segmentasi perhitungan berat bendung, lihat Ga#bar 4.1.
4erhitungan gaya gravitasi ini tidak bergantung pada keadaan air
(rendah atau banjir+.
Ga#bar 4.1 Segmentasi ubuh Bendung Dalam )enghitung "aya
Berat Bendung
5asil perhitungan 6
7ontoh perhitungan6
Segmen "0,
"aya Berat "0& uas Segmen 8 * &
−(12∗2,373∗3,878)∗23=−101,227 kN
)omen ditinjau di titik 2
)omen "0 & ". Berat 8 engan )omen &
−101,227 x 19,270=−1.950,653kN .m
9umlah "aya Berat Bendung &Gaya Berat Gn=¿−2586,048 kN
∑n
¿
:esky 1randa -#0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
3/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
9umlah )omen ". Berat Bendung & MomenGn=¿−30.042,054 kN . m
∑n
¿
Tabe 4.! 5asil 4erhitungan "aya Berat Bendung
4.! Gaya Ge#$a
"aya gempa bekerja pada arah horisontal ke arah hilir bendung.
"aya gempa dihitung dengan persamaan berikut.
K = E × G
:esky 1randa -%0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
4/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
> adalah gaya gempa dalam satuan k', ? adalah koe@sien gempa
yang bergantung dengan lokasi bendung, sedangkan " adalah
berat total tubuh bendung.
Aaktor-faktor beban akibat gempa yang akan digunakan dalam
perencanaan bangunan-bangunan pengairan diberikan dalam
bentuk peta yang diterbitkan oleh D4)1 dalam tahun 0oe@sien gempa dapat dihitung dengan menggunakan rumus
berikut 6
ad & n ( ac E+m,
? &ad
g
di mana 6
ad & percepatan gempa rencana (cm/s#+
n, m & koe@sien untuk jenis tanah (lihat Tabe 4.%+
ac & percepatan gempa dasar & 0F$ cm/s# (untuk periode
ulang 0$$ tahun+
g & percepatan gravitasi, cm/s# (≅ oe@sien
ona lihat Ga#bar 4.!+.
Tabe 4.% >oe@sien 9enis anah
:esky 1randa -0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
5/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
Ga#bar 4.! Daerah "empa Gilayah Barat ndonesia
5asil perhitunga n6
ad=1,56(160∗1,0)0,89=142,821 cm /s2
E=142,821
981=0,146
K = E x G=0,146 x2.586,048=376,495kN
Lengan momen ( Lk )= MomenG.Berat Bendung
Gaya Berat Bendung=
30.042,054
2.586,048=11,617m
M K = K x Lk =376,495 x11,617=4.373,730k N . m
Tabe 4.4 5asil 4erhitungan "aya "empa
:esky 1randa -;0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
6/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
4.% Gaya H&dr'(tat&(
"aya tekan hidrostatis bekerja tegak lurus dengan permukaan
tubuh bendung. ekanan hidrostatik adalah fungsi kedalaman di
ba!ah permukaan air dan sama dengan 6
45 & * ! E
>eterangan6
45 & tekanan hidrostatik, (k'/m#
+* ! & berat volume air, (k'/m%+ (≅ 0$+
E & jarak dari permukaan air bebas (m+.
Dalam hal ini, ada dua keadaan ekstrem yang ditinjau, yaitu saat
debit rendah (tidak ada air yang mengalir di atas bendung+ dan saat
debit banjir 0$$ tahunan (H0$$+ terjadi. Sama seperti perhitungan
gaya berat tubuh bendung, pada perhitungan gaya yekanan air
hidrostatis juga dilakukan dengan membuat segmen-segmen air
yang menekan bendung. ekanan air merupakan fungsi dari
kedalaman (E+, sedangkan gaya akibat tekanan hidrostatik ini
adalah luas daerah dari diagram distribusi tekanan hidrostatis. "aya
tekanan hidrostatis yang bekerja searah dengan gaya gravitasi
dihitung dengan menganggapnya sebagai gaya berat air.
:esky 1randa -F0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
7/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
Ga#bar 4.% 7ontoh "aya 5idrostatis 4ada >eadaan Debit :endah
(1tas+ Dan >eadaan Debit Banjir (Ba!ah+
4.%.1 Gaya H&dr'(tat&( A&r )eadaan Deb&t Rendah
4ada keadaan debit rendah, muka air hulu hanya mencapai
elevasi mercu bendung I F,;$$ m dan muka air hulu sama
dengan elvasi ambang kolam olak I %
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
8/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
"aya 5idrostatis G0 & P A0 x Tinggi Gaya=45 x 4,5=101,25 kN
engan momen (k+ adalah jarak titik berat gaya ke titik 2
)omen G0 & W 1 x Lk =101,25 x10,3=1.042,875 k N . m
9umlah "aya 5idrostatis &Gaya Hidrostatis W n=¿287,404 kN
∑n
¿
9umlah )omen ". 5idrostatis & MomenW n=¿1.942,282k N . m
∑n
¿
Tabe 4.+ 5asil 4erhitungan "aya 5idrostatis (Debit :endah+
4.%.! Gaya H&dr'(tat&( A&r )eadaan Deb&t Ban,&r -1""/
Selama terjadi banjir rencana (H0$$&0.#FF,JJ m%/s+, muka
air di hulu bendung adalah I
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
9/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
Tabe 4.0 ekanan 1ir Selama erjadi Banjir
Berat air di atas bendung tidak dihitung, karena tekanan airnya
hampir nol. Diandaikan bah!a air yang memancar bertambah
cepat sampai elevasi I%eterangan6
4 & tekanan air (k'/m#+
d & tebal pancaran air (m+
v & kecepatan pancaran air (m+r & jari-jari kolam olak (m+
g & percepatan gravitasi &
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
10/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
ekanan sentrifugal pada bak6
P=1,627
9,81 −14,217
2
6 =55,594 kN /m
"c= P x #
4 x r=55,594 x
#
4 x 6=261,979kN gaya ini hanya
bekerja ke arah vertikal saja.
7ontoh perhitungan6
"aya 5idrostatis G0-0 &
P ME .B xTinggi Gaya=28,018 x 4,5=63,039 kN
engan momen (k+ adalah jarak titik berat gaya ke titik 2
)omen G0-0 & W 1−1 x Lk =63,039 x11,050=696,586 kN .m
9umlah "aya 5idrostatis &Gaya Hidrostatis W n=¿−326,999kN
∑n
¿
9umlah )omen ". 5idrostatis & MomenW n=¿−1.701,626 k N . m
∑n
¿
Tabe 4.* 5asil 4erhitungan "aya 5idrostatis (Debit Banjir(H0$$++
:esky 1randa -0$0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
11/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
4.4 Gaya Angat A&r -Uplift Force/
Dalam teori angka rembesan ane, diandaikan bah!a bidang
horisontal memiliki daya tahan terhadap aliran (rembesan+ % kali
lebih lemah dibandingkan dengan bidang vertikal. ni dapat dipekai
untuk menghitung gaya tekan ke atas di ba!ah bangunan dengan
cara membagi beda tinggi energi pada bangunan sesuai dengan
panjang relatif di sepanjang pondasi (lihat "ambar %.0$+.
Dalam bentuk rumus, ini berarti bah!a gaya angkat pada titik 8 di
sepanjang dasar bangunan dapat dirumuskan sebagai berikut6
W u= H x− L x
L . $ H
>eterangan6
Gu & "aya 1ngkat (kg/m#+
& 4anjang total bidang kontak bangunan dan
tanah ba!ah (m+
8 & 9arak sepanjang bidang kontak dari hulu sampai 8 (m+
:esky 1randa -000;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
12/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
∆5 & Beda tinggi energi (m+
58 & inggi energi di hulu bendung (m+
dan di mana dan 8 adalah jarak relatif yang dihitung menurut
cara ane, bergantung kepada arah bidang tersebut. Bidang yang
membentuk sudut 45° atau lebih terhadap bidang horisontal, dianggap vertikal.
Ga#bar 4.4 "aya ekan >e 1tas 4ada Aondasi Bendung
4.4.1 Gaya Angat A&r )eadaan Deb&t Rendah
Dengan kondisi yang sama seperti pada sub bab .%.0.
5asil 4erhitungan6
7ontoh perhitungan6
"aya 1ngkat G0$ &
P
1
2 x(¿¿B+ P% ) x Tinggi Gaya=
1
2 x(47,14+46,30) x1,5=70,085 k
¿
engan momen (k+ adalah jarak titik berat gaya ke titik 2
:esky 1randa -0#0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
13/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
)omen G0-0 & W 10 x Lk =70,085 x20,1=1.408,715 k N.m
9umlah "aya 1ngkat &Gaya Hidrostatis W n=¿1.129,174 kN
∑n
¿
9umlah )omen ". 1ngkat & MomenW n=¿10.656,817 kN . m
∑n
¿
Tabe 4.2 5asil 4erhitungan "aya 1ngkat (Debit :endah+
4.4.! Gaya Angat A&r )eadaan Deb&t Ban,&r -1""/
Dengan kondisi yang sama seperti pada sub bab .%.0.
5asil 4erhitungan6
7ontoh perhitungan6"aya 1ngkat G0$ &
P
1
2 x(¿¿B+ P% ) x Tinggi Gaya=
1
2 x(68,87+67,89) x1,5=102,574
¿
engan momen (k+ adalah jarak titik berat gaya ke titik 2
)omen G0$ & W 10 x Lk =102,574 x 20,1=2.601,73 kN . m
:esky 1randa -0%0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
14/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
9umlah "aya 1ngkat &Gaya Hidrostatis W n=¿1.527,7kN
∑n
¿
9umlah )omen ". 1ngkat & MomenW n=¿−14.997,59 kN . m
∑n
¿
Tabe 4.3 5asil 4erhitungan "aya 1ngkat (Debit Banjir (H0$$++
4.+ Teanan Tanah dan Lu#$ur4.+.1 Teanan Tanah
ekanan lateral tanah yang dipakai dalam perencanaan
bangunan penahan dihitung dengan menggunakan cara
pemecahan menurut :ankine.)enurut cara pemecahan :ankine, tekanan samping aktif dan
pasif adalah 6
gaga tekan 6 ?a & K > a * 50# - # c 50 K a
(active thrust+
tahanan pasif 6 ?p & K > p * 5## I # c 5# K p
di mana 6
?a & tekanan aktif (k'/m+
:esky 1randa -00;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
15/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
?p & tahanan pasif, k'/m
> a & koe@sien tegangan aktif (lihat Tabe 4.1"+
> p & koe@sien tegangan pasif (lihat Tabe 4.1"+
* & berat volume tanah & 0J k'/m%
50 & tinggi tanah untuk tekanan aktif (m+
5# & tinggi tanah untuk tekanan pasif (m+
c & kohesi & ; k'/m#
Tabe 4.1" 5arga-5arga >oe@sien egangan 1ktif (>a+ dan
egangan 4asif (>p+
5asil perhitungan
E a=½ x0,33 x17 x10,12 & 2 x5 x10,1 x√ 0,33=228,118kN
E '=½ x 3 x 17 x5,82 & 2 x5 x5,8 x√ 3=−958,279kN
engan momen (k+ adalah jarak titik berat gaya ke titik 2
Ma=228,118
x3,0253
=690,334
kN . m
:esky 1randa -0;0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
16/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
M'=−958,279 x 2,0251=−1.940,569kN .m
Tabe 4.11 5asil 4erhitungan ekanan anah
4.+.! Teanan Lu#$ur
"aya yang diakibatkan oleh tekanan lumpur yang
diperhitungkan untuk mengetahui sejauh mana tekanan
lumpur yang ada terjadi pada tubuh bendung. ?ndapan
lumpur diperhitungkan setinggi mercu. "aya tekanan lumpur
resultan (terletak pada #/% kedalaman lumpur+ dapat dihitung
dari persamaan berikut.
Ps=( L )
2
2
(1−sin*
1+sin* )>eterangan64s & "aya tekan lumpur (k'+
L & berat jenis lumpur, diasumsikan sebesar 0F k'/m%
M & sudut geser dalam, diasumsikan sebesar %$$
h & kedalaman lumpur & tinggi mercu bendung (,; m+
"aya tekanan lumpur hanya dihitung sekali karena tidak
berbeda antara saat banjir dan saat normal (debit rendah+.
5asil perhitungan
:esky 1randa -0F0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
17/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
Ps=16 x 4,5
2
2 (1−sin 30
1+sin 30 )=106,593 kN
engan momen (k+ adalah jarak titik berat gaya ke titik 2
M Ps=106,593 x11,6=1.236,476kN . m
Tabe 4.1! 5asil 4erhitungan ekanan umpur
4.0 Re(u#e Perh&tungan Stab&&ta( Bendung
Berikut hasil resume perhitungan stabilitas bendung yang
dipengaruhi gaya akibat berat sendiri bendung, gaya akibat gempa,
gaya akibat tekanan hidrostatis, gaya akibat uplift pressure, gayaakibat tekanan tanah, dan gaya akibat tekanan lumpur.
Tabe 4.1% :esume 4erhitungan Stabilitas Bendung 3ntuk >ondisi Debit
:endah
Tabe 4.14 :esume 4erhitungan Stabilitas Bendung 3ntuk >ondisi Debit
Banjir (H0$$+
:esky 1randa -0J0;$00$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
18/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
4.* Perh&tungan )'ntr' Stab&&ta(Syarat-syarat stabilitas dapat dipenuhi apabila6
0 idak ada regangan tarik pada konstruksi batu kali. ni berarti
eksentrisitas resultan gaya harus lebih kecil dari 0/F lebar
bendung.# )omen tahanan guling () + harus lebih besar dari momen guling
()"+ dengan angka keamanan lebih besar atau sama dengan dari
0,; N #.% >onstruksi tidak boleh bergeser. 1ngka faktor keamanan terhadap
geser diambil lebih besar atau sama dengan dari 0,; N #. egngan tanah yang terjadi tidak boleh melebihi tegangan yang
diiEinkan.; Setiap titik pada konstruksi tidak boleh terangkat oleh gaya
angkat (uplift force+.4.*.1 )eadaan Deb&t Rendah
4.*.!.1 )ea#anan Terhada$ Gaya Gu&ng)omen "uling & F.$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
19/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
4.*.!.% )ea#anan Terhada$ E(entr&(&ta( "aya-gaya resultan adalah sebagai berikut 6
- :v & - 0.F#,#0% k'- :h & 45,670 k'- )o & (F.$
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
20/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
+a,ety "actor=∑ M T
∑ M
G
=19.942,098
7.555,779=2,639>2
)aka bangunan aman terhadap bahaya guling selama
terjadi debit banjir.4.*.!.! )ea#anan Terhada$ Gaya Ge(er
"aya ertikal (:v+ & - 0.=#J,=$J k'"aya 5oriEontal (:h+ & 0
-
8/18/2019 15011098 Resky Aranda Bab IV
21/21
aporan ugas Besar S-#%0 Bangunan 1ir !"14
/ maks=1.827,807
19,5 x(1+ 6 x 2,89819,5 )
/ maks=179,355kN /m3
Daya dukung yang diiEinkan untuk pasir dan kerisik adalah
#$$ N F$$ k'/m#, sehingga bangunan aman terhadap
tekanan tanah selama terjadi debit banjir.
Berdasarkan perhitungan-perhitungan yang sudah
dilakukan, disertai dengan pengecekan kestabilan
bendung, didapatan hasil bah!a bendung yang didesain
tidak ada masalah terhadap pengecekan kestabilan. Semuanilai yang disyaratkan dapat terpenuhi sehingga bendung
dapat dikatakan stabil.
:esky 1randa -#00;$00$