TTA Perencanaan Bangunan

Tugas Teknik Tenaga Air

Kelompok 2 23

II. Perencanaan Bangunan

Debit Banjir Rencana yang diambil Q200th = 401,55 yang didapat dari

metode Nakayasu. Debit pembangkitan diambil debit dengan keandalan 70 %

sebesar Q70% = 2,017 . Lebar sungai = 30 m disekitar lokasi Bendung.

Kemiringan dasar saluran diperkirakan sebesar = 0,025. Elevasi dasar bendung = +438

mdpl.

Perencanaan Hidrolis Bendung

Dari hasil pengukuran topografi dan perhitungan kehilangan dan elevasi muka

air serta beda tinggi akibat kemiringan, elevasi mercu bendung diketahui sebagai

berikut :

Elevasi muka air bak penenang = + 434 m

ketulangan energi total = 3 m

Beda tinggi akibat kemiringan = 4 m +

Elevasi Mercu Bendung = + 441 m

Setelah mengetahui elevasi Mercu Bendung, maka tinggi Bendung PLTA dapat

diketahui dengan pengurangan oleh elevasi dasar sungai :

Elevasi dasar sungai/bendung = + 438 m

Tinggi Bendung = 3 m


Kelompok 2 24

a = 1,4 m h = 1,3 m

T = 1,5d = 0,2 m

+ 441

A. Pintu Pengambilan (Intake)

Syarat = z = 0,15 0,3 diambil z = 0,2 m

d = 0,15 0,25 diambil d = 0,2 m

= 0,7 0,9 diambil = 0,8 m

t = 0,1 m

Elevasi ambang bangunan pengambilan ditentukan dari tinggi dasar sungai. ambang direncana

diatas dasar dengan ketentuan sebagai berikut :

T = 0,5 m Jika sungai hanya menyangkut lanau

= 1 m Jika sungai hanya menyangkut pasir dan kerikil

= 1,5 m Jika sungai hanya menyangkut batu-batu bongkah.

ket = Qrencana = 2,017

Qintake = 1,2 x Qrencana

= 1,2 x 2,017

= 2,4204

Lebar pintu pengambilan

Q = . b . a

2,4204 = 0,8 x b x 1,4

b =

9

dengan lebar 1,2 m diambil pintu pengambilan

3 m

+ 438

z = 0,2 t = 0,1

Pintu Air


Kelompok 2 25

B. Pintu Penguras

lebar pintu penguras diambil sebesar kurang lebih 60 % dari lebar pintu pengambilan.

bp = 0,6 (1,2)

7

dengan lebar pilar = 0,5 m

C. Lebar Bendung

Be = B 2 ( n . Kp + Ka ) H1

dengan n = Jumlah Pilar

Kp = Koefisien Kontraksi Pilar

Ka = Koefisien Pangkal Bendung

H1 = Tinggi Energi


Kelompok 2 26

Dipilih Bentuk Mercu Bulat

jari-jari mercu bendung pasangan batu akan berkisar antara 0,3 sampai 0,7 kali H1maks

dan untuk

mercu bendung beton dari 0,1 sampai 0,7 kali H.1maks

Persamaan tinggi energi-debit untuk bendung ambang pendek dengan pengontrol segi empat

adalah:

di mana: Q = debit, m3/dt

Cd = koefisien debit (Cd = C0C1C2)

g = percepatan gravitasi, m/dt2 ( 9,81)

Be = lebar efektif mercu, m

H1 = tinggi energi di atas mercu, m.

Koefisien debit Cd adalah hasil dari:

- C0 yang merupakan fungsi H1/r (lihat Gambar )

- C1 yang merupakan fungsi p/H1 (lihat Gambar )

- C2 yang merupakan fungsi p/H1 dan kemiringan muka hulu bendung (lihat Gambar)


Kelompok 2 27


Kelompok 2 28

Direncanakan bendung yang dilengkapi dengan pintu penguras dengan lebar 1 m sebanyak 1

buah pintu yang dipisahkan dengan 1 buah pilar segi empat dengan sudut yang dibulatkan (Kp

= 0.02) dengan lebar 0.5 m. Pangkal bendung berupa tembok segi empat dengan tembok hulu

pada 90 ke arah aliran (Ka = 0.2). Lebar bersih bendung sama dengan lebar rata-rata sungai

pada as bendung dikurangi dengan lebar pilar-pilar. Perhitungan dilakukan dengan cara coba-

coba secara tabelaris dengan masukan :

Q = 401,55 m3/dtk

r =1 m

p = 3 m

B = 30 (1 x 0,5) = 29,5 m

Q200 Be p r H1

m3/detik (m) (m) (m) (m) Co C1 C2 (p/g)/H1

384,904 28,048 3 1 1,343 3,300 2,750 0,909 1,400 0,961 0,998 0,093 0,306

391,045 28,039 3 1 1,352 3,320 2,767 0,904 1,410 0,960 0,999 0,092 0,306

401,315 28,013 3 1 1,352 3,380 2,817 0,888 1,410 0,960 0,999 0,090 0,306

CdGrafik

(p/g)H1/r p/H1


Kelompok 2 29

Penampang Mercu Bendung

Dari perhitungan diperloeh Be = 28,013 m dan H1 = 3.38 m

Untik menentukan tinggi air diatas mercu dapat dicari dengan menggunakan persamaan

sebagai berikut :

Hd = H1 K

Dimana :

K =

dengan V1 =

=

= 4,24

K =

= 0,92

Hd = 3,38 0,92

= 2,46 m

r = 1 m

1 m 0,5 m 28,5

p = 3 m

H1 = 3,38m


Kelompok 2 30

Muka Air Banjir di Hilir mercu Bendung

Dengan menggunakan persamaan manning

Q = A V

diamana : R = Jari jari hidrolis = A/P

A = Luas penampang basah

P = Keliling Basah

n = Koefesien manning - diambil 0,04

I = Kemiringan dasar saluran = 0,025

untuk debit banjir sebesar Q200th 401,55 m3/dtk tinggi muka air sebesar 2,09 m

no Q(m3/detik) v : h b (m) y (m) hds (m) hu (m)

1 50 1 ; 1 30 0,5969 438 438,5969

2 100 1 ; 1 30 0,9055 438 438,9055

3 150 1 ; 1 30 1,1555 438 439,1555

4 200 1 ; 1 30 1,3737 438 439,3737

5 250 1 ; 1 30 1,5709 438 439,5709

6 300 1 ; 1 30 1,7529 438 439,7529

7 350 1 ; 1 30 1,9230 438 439,923

8 400 1 ; 1 30 2,0835 438 440,0835

9 450 1 ; 1 30 2,2362 438 440,2362


Kelompok 2 31

Penentuan Elevasi

Tinggi energi dihulu = elevesai mercu + H1 = 441 + 3,38

= 444,38 m

Muka air dihulu = elevesai mercu + Hd = 441 + 2,46

= 443,46

Elevasi Dasar Sungai = +438 m

Elevasi Mercu = +441 m

Muka Air Dihilir = 438 + 2,09 = 440,09 m

Tinggi energi dihilir = 440,09 +

= 440,09 + 0,5

= 440,59 m

= 0,5 (asumsi)

D. Kolam Olak (Tipe Bak Tenggelam Bucket Type)

Untuk menentukan dimensinya dilakukan perhitungan sebagai berikut :

Debit Satuan : q =

=

= 14,33

Kedalaman Kritis (hc)

hc =

=

= 2,76 m

H = Tinggi air dihulu pelimpah Tinggi energi di hilir pelimpah

= 444,38 m 440,59 m

= 3,79 m


Kelompok 2 32

Menentukan Jari-Jari Bucket

Untuk

=

= 1,373 ; Maka dari gambar didapat :

= 1,56 ; Sehingga Rmin = 1,56 X hc = 1,56 X 2,76 = 4,3 ; R rencana = 4,5 m

Menentukan batas muka air hilir minimum (Tmin)

Untuk

=

= 1,373 ; Maka dari gambar didapat :

= 2,01 ; Sehingga Tmin = 2,01X hc = 2,01 X 2,76 = 5,55 m diambil 5,6 m


Kelompok 2 33

Dimensi Kolam Olak


Kelompok 2 34

E. Analisa Stabilitas

1. Rembesan dan Tekanan Air Tanah

Pada perancangan ini akan dihitung menggunakan metode angka rembesan Lane. Lantai

muka diadakan karena berfungsi untuk memperpanjang jalur rembesan air. Untuk beda

tinggi muka air akan ditinjau untuk kondisi normal yaitu muka air di hulu sama dengan muka

air pada mercu dan muka air hilir tidak ada karena kondisi ini lebih membahayakan daripada

kondisi banjir.

Pada bendung diketahui terletak pada lapisan tanah pasir kasar dengan angka rembesan

lane (CL) = 6

Keterangan :

CL = Angka rembesan lane Lv = panjang rembesan dihitung secara vertikal (m) Hv = Panjang rembesan dihitung secara horizontal (m) Hw = beda tinggi antar muka air di hulu dengan di hilir (m) LL = Panjang total rembesan

Hw = 441- 437,19 = 3,81 m

LL syarat = CL x Hw = 6 x 3,81 = 22,86 m L yang direncanakan harus lebih besar dari pada LLsyarat agar aman dan panjang creep memenuhi syarat. Maka diberi tambahan turap di bawah bendung dan/atau blanket depan dan/atau belakang. L rencana > LL syarat = 22,86 m L renc n Lv + ( /3 Hv)


Kelompok 2 35

Desain Bendung Untuk Rembesan


Kelompok 2 36

Untuk perhitungan rembesan lane digunakan keadaan normal karena lebih membahayakan

untuk perhitungan stabilitas digunakan saat kondisi debit banjir.

Jalur rembesan dan tekanan air untuk kondisi debit normal:

Ket : untuk H n H k k n kN/ 2

CL = Lw/Hw =24/3,81 = 6,3

karena harga CL untuk pasir kasar sebesar 6 dan CL yang direncanakan 6,3 maka lantai hulu sudah mencukupi panjangnya

Lv Hv 1/3 Hv Lw

1 0 0 30 30

( 1-2 ) 2

2 2 3,2 50 46,8

( 2-3 ) 0,3 0,1

3 2,1 3,3 50 46,7

( 3-4 ) 1,2

4 3,3 5,2 38 32,8

( 4-5 ) 2,4 0,8

5 4,1 6,5 38 31,5

( 5-6 ) 1

6 5,1 8,1 48 39,9

( 6-7 ) 0,3 0,1

7 5,2 8,3 48 39,7

( 7-8 ) 1

8 6,2 9,8 38 28,2

( 8-9 ) 2,7 0,9

9 7,1 11,3 38 26,7

( 9-10 ) 1

10 8,1 12,9 48 35,1

( 10-11 ) 0,3 0,1

11 8,2 13,0 48 35,0

( 11-12) 1

12 9,2 14,6 38 23,4

( 12-A ) 2,7 0,9

A 10,1 16,0 38 22,0

( A-B ) 4

B 14,1 22,4 78 55,6

( B-C ) 3 1

C 15,1 24,0 78 54,0

( C-D ) 1

D 16,1 25,6 68 42,4

( D-E ) 7,2 2,4

E 18,5 29,4 68 38,6

( E-F ) 1

F 19,5 31,0 78 47,0

( F-G ) 1,5 0,5

G 20 31,8 78 46,3

(G-H ) 4

H 24 38 38 0

Panjang RembesanH Lw/Cw H P = H-HGarisTitik


Kelompok 2 37

Jalur rembesan dan tekanan air saat kondisi banjir

Ket : untuk H n H k k n kN/ 2

CL = Lw/Hw =24/3,37 = 7,1

karena harga CL untuk pasir kasar sebesar 6 dan CL yang direncanakan 7,1 maka lantai hulu sudah mencukupi panjangnya

Lv Hv 1/3 Hv Lw

1 0 0 54,6 54,6

( 1-2 ) 2

2 2 2,8 74,6 71,8

( 2-3 ) 0,3 0,1

3 2,1 3,3 74,6 71,3

( 3-4 ) 1,2

4 3,3 5,2 62,6 57,4

( 4-5 ) 2,4 0,8

5 4,1 6,5 62,6 56,1

( 5-6 ) 1

6 5,1 8,1 72,6 64,5

( 6-7 ) 0,3 0,1

7 5,2 8,3 72,6 64,3

( 7-8 ) 1

8 6,2 9,8 62,6 52,8

( 8-9 ) 2,7 0,9

9 7,1 11,3 62,6 51,3

( 9-10 ) 1

10 8,1 12,9 72,6 59,7

( 10-11 ) 0,3 0,1

11 8,2 13,0 72,6 59,6

( 11-12) 1

12 9,2 14,6 62,6 48,0

( 12-A ) 2,7 0,9

A 10,1 16,0 62,6 46,6

( A-B ) 4

B 14,1 22,4 102,6 80,2

( B-C ) 3 1

C 15,1 24,0 102,6 78,6

( C-D ) 1

D 16,1 25,6 92,6 67,0

( D-E ) 7,2 2,4

E 18,5 29,4 92,6 63,2

( E-F ) 1

F 19,5 31,0 102,6 71,6

( F-G ) 1,5 0,5

G 20 31,8 102,6 70,9

(G-H ) 4

H 24 38 62,6 24,5

P = H-HTitik GarisPanjang Rembesan

H Lw/Cw H


Kelompok 2 38

Debit Banjir


Kelompok 2 39

Stabilitas Bendung saat debit Banjir

Gaya vertikal akibat berat sendiri:

Gaya vertikal akibat tekanan Air

Gaya Horizontal Akibat tekanan Air

Lengan (m) Momen (kNm)

G1 3 4 7,5 24 -180 11,7 -2106

G2 4,8 3 14,4 24 -345,6 11,2 -3870,72

G3 3,8 1 3,8 24 -91,2 9,2 -839,04

G4 3,5 3,5 6,125 24 -147 7,53 -1106,91

G5 0,3 8,7 2,61 24 -62,64 4,35 -272,484

G6 2,7 2,7 3,645 24 -87,48 2,4 -209,952

G7 2,7 0,45 1,215 24 -29,16 0,225 -6,561

G8 1 1 0,5 24 -12 1,83 -21,96

G9 1 1,5 1,5 24 -36 0,75 -27

VG -991,08 MVG -8460,627

Momen Gaya Tinggi (m) Alas (m) Luas m2

Tekanan

(kN/m2)Gaya (kN)


W6 3 1,6 2,381 11,7 27,861

3 78,6 235,886 11,2 2641,926

W7 7,2 3,8 13,716 7,3 100,127

7,2 63,2 455,265 6,1 2777,117

W8 1 8,4 4,206 1,83 7,697

1 63,2 63,231 2 126,463

W9 1,5 0,8 0,595 1 0,595

1,5 70,9 106,275 0,75 79,706

W11 0,45 29,0 -13,050 0,225 -2,936

W12 2,9 29,0 -42,050 9,2 -386,860

Vw 826,456 MVw 5371,695

Gaya Tinggi (m)Tekanan

(kN/m2)Gaya (kN)

Momen


W1 3 30 45,000 5,8 261,000

3 24,6 73,800 6,3 464,940

W2 4 33,7 67,300 1,33 89,509

4 46,6 186,265 2 372,530

W3 1 11,6 -5,794 0,33 -1,912

1 67,0 -67,041 0,5 -33,521

W4 1 8,4 4,206 0,33 1,388

1 63,2 63,231 0,5 31,616

W5 4 46,4 -92,700 1,33 -123,291

4 24,5 -98,000 2 -196,000

W10 2,9 29 -42,050 4,97 -208,989

H 134,218 MH 657,271

Momen Gaya Tinggi (m)

Tekanan

(kN/m2)Gaya (kN)


Kelompok 2 40

Resultan Gaya

Rh H 34 8

MH 657 7

Rv v -991,08 + 826,456 = -164,624

Mv = -8460,627 + 5371,695 = -3088,932

Tekanan Air pada bak bertambah akibat gaya sentrifugal :

P = dv2/g.r

Dimana : d = tebal pancaran V = kecepatan pancaran r = jari-jari bak g = percepatan gravitasi kecepatan air tanpa mempehitungkan gesekan adalah :

v = ( ) = ( ) = 11,18 m/det

Tebal Pancaran air

d = q/v.Be = 401,55/11,18x(28,013) = 1,28 m

Tekanan Sentrifugal

P =

= 3,63 ton/m2 = 36,3 kN/m

Gaya sentrifugal

Fc = - P x (

) x R

= - 36,3 x (

) x 4,5

= -128,29 kN

Jadi tekanan air vertical ditambahkan dengan gaya sentrifugal dengan lengan momen sebesar

3,63m, maka Mfc = -465,69 kNm


Kelompok 2 41

Jadi gayanya menjadi

RH H 34 8 kN

= 657,271 kNm

Rv v -169,625 128,29 = -297,915 kN

= -3088,932 465,69 = -3554,622 kNm

Titik tangkap resultan gaya pada titik G

h =

=

= 4,897 m

v =

=

= 11,93 m

Keamanan terhadap gempa

Pada peta gempa lokasi bendung ada di wilayah 3 = 0,15g

Gaya gempa k = 0,15 x 991,08 kN = 148,662 kN

= 148,662 x 4,897 = 727,998 kNm

J o en gu ng Mv + MH +

= -3554,622 + 657,271 + 727,998

= -2169,353 kNm


Kelompok 2 42

Tekanan tanah dibawah bendung dapat dihitung sebagai berikut :

Panjang telapak pondasi ( L ) = 12,7 m

Eksentrisitas

E = (L/2) (

) < L/6

= (

) (

) <

= -0,93 < 2,1

Tekanan tanah

(

) < izin = 200 kN/m

2

Max =

(

( )

) = 13,15 kN/m2 .OK !

Max =

(

( )

) = 33,765 kN/m2.OK !

stabilitas terhadap geser dengan tekanan tanah positif (EP)

Diambil koefisien gesekan untuk batu f=0,75

Asumsi tekanan tanah pasif 30 kN

Sgeser = f x

= 0,75 x

= 4 > ...OK !

Keamanan S untuk daya dukung adalah :

S =

=

3 7 > 5......OK !

Stabilitas terhadap guling

Sguling =

=

=

56 > ...OK !


Kelompok 2 43

F. Saluran Penghantar

Debit Rencana = 2,017

Debit Saluran = 1,1 X Qrencana

= 1,1 X 2,017

= 2,2187

Q(

) b/h V (m/dtk) m

1,5 - 3 2,5 0,55 0,6 1 : 1,5

Dari tabel untuk Q = 1,5 3

m = 1 : 1,5

b/h = 2,5

v = 0,55 0,6 diambil V = 0,6 m/dtk

= 2,5 b = 2,5h

Luas basah (F) =

(5,5h + 2,5h)h = 4h2 S = = 1,8028h

Keliling Basah (k) = b+2s = 2,5h + 2(1,8028h)

= 6,1056 h

S h

1,5h 2,5h 1,5h

1


Kelompok 2 44

Q = V.f

2,2187 = 0,7 X 4 h2 diambil h = 0,9 m + Jagaan = 0,9 + 0,4 = 1,3 m

4 h2 = 3,169 b = 2,5h

h2 = 0,793 b = 2,5(1,3) = 3,25 m

h = 0 89 9

Jari-Jari Hidrolis (R) =

maka dimensi saluran primer

=

= 0,655 h h = 1,3 m

= 0,655 (1,3) b = 3,25 m

= 0,8515

Kemiringan dasar saluran (metode manning, saluran beton n = 0,013)

V =

. .

0,6 =

. ( ) .

= 0,008

= 0,00007


Kelompok 2 45

G. Analisa Bak Penenang

Diketahui lebar saluran penghantar (b) = 3,25 m

Maka :

Lebar bak penenang (B) = 3.b = 3 X 3,25 = 9,75 m

Panjang bak penenang (L) = 2.B = 2 x 9,75 = 19,5 m

Data dari dimensi pipa pesat :

Qrencana = 2,017

Qpipa pesat = 1,1. Qrencana

= 1,1 X 2,017

= 2,2187

D = 1,072 m

V = = ( ) = 2,46

S = 0,54 X V X D0,5 = 0,54 X 2,46 X 1,0720,5 = 1,4 m

Sehingga kedalaman di bak penenang

h = 1,4 + 0,85 = 2,25 m

keterangan = 0,85 m = tinggi jagaan

H. Pipa Pesat

Qpipa pesat = 2,2187

Maka diameter pipa pesat = D = 0,72 X 2,21870,5 = 1,072 m

Tebal pipa pesat = t = ( ) = 0,05268 inch = 0,0013 m

Tebal pipa pesat yang diambil, t = 8 mm


Kelompok 2 46

I. Surge Tank

Debit desain = 2,2187

Panjang penstok (L) = 400 m

Tinggi jatuh (H) = 100 m

L < 5.H th = V.L/(g.H)

400 < 5 X 100 = 2,46 X 400 / (9,81 X 100)

400 < 500 = 1,003 detik

K ren L < 5H n th 3 et k k t k per uk n surge t nk

J. Penempatan Power House

Muka Air Banjir di Hilir Sungai

Dengan menggunakan persamaan manning

Q = A V

diamana : R = Jari jari hidrolis = A/P

A = Luas penampang basah

P = Keliling Basah

n = Koefesien manning - diambil 0,04

I = Kemiringan dasar saluran = 0,025


Kelompok 2 47

untuk debit banjir sebesar Q200th 401,55 m3/dtk tinggi muka air sebesar 2,09 m

Jadi Penempatan Ketinggian Power House agar tidak mengalami banjir / terendam air dari

sungai maka ditempatkan lebih dari 2,09 m dari dasar sungai, diambil tinggi Power House 4 m

diatas elevasi dasar sungai di hilir = 330 + 4 = + 334 m. Dengan pada ketinggian tersebut maka

Power House aman terhadap air sungai.

no Q(m3/detik) v : h b (m) y (m) hds (m) hu (m)

1 50 1 ; 1 30 0,5969 330 330,5969

2 100 1 ; 1 30 0,9055 330 330,9055

3 150 1 ; 1 30 1,1555 330 331,1555

4 200 1 ; 1 30 1,3737 330 331,3737

5 250 1 ; 1 30 1,5709 330 331,5709

6 300 1 ; 1 30 1,7529 330 331,7529

7 350 1 ; 1 30 1,9230 330 331,923

8 400 1 ; 1 30 2,0835 330 332,0835

9 450 1 ; 1 30 2,2362 330 332,2362


Kelompok 2 48

K. Pemilihan Turbin

Jenis-Jenis Turbin dan Grafik Pemilihan Turbin

Dari grafik jenis turbin untuk beda tinggi sebesar 100 m dan debit rencana =2,017 m3/dtk. Maka

dipilih jenis trubin Francis


Kelompok 2 49

L. Analisis Daya Pembangkit Listrik

Rumus daya untuk mengetahui kapasitas pembangkitnya sebagai berikut :

Ru us y : P x x g x Q x H (kW)

Dimana :

P = daya (kW)

= efisiensi keseluruhan (turbin,generator,trafo)

= berat jenis air (ton/m)

g = gravitasi bumi (9,81 m/det)

Q = debit (m/det)

H = tinggi jatuh efektif (meter)

Contoh Perhitungan Daya Pembangkit Listrik.

Berdasarkan data yang ada tinggi jatuh (H) sebesar 100 m ,diperkirakan besar energi

loses sebesar 2 m sehinggia tinggi jatuh Efektif sebesar 100 m - 2 m = 98 m ,efesiensi

keseluruhan dari turbin ,generator dan trafo diperkirakan 90%, debit andalan diambil 70 %

sebesar 2,017 m3/dtk, massa jenis air sebesar 1 ton/m3 dan gravitasi bumi sebesar 9,81 m/det.

Potensi Daya Kapasitas Pembangkit

Dapat dihitung sebagai berikut :

P x x g x Q x H

P = 90% x 2,017 x 9,81 x 1 x 98

P = 1745 kW

= 1,745 MW

Documents

TTA Perencanaan Bangunan