Weir PLTM

Nota Desain Bendung PLTM Walesi 2

PT. Bumi Cenderawasih Jayawijaya 1

1. PENDAHULUAN

1.1. Umum

Pembangunan struktur mensyaratkan suatu perencanaan struktur rancang

bangun yang detail dan menyeluruh. Perencanaan struktur tersebut harus

merupakan sesuatu yang bisa dilaksanakan dan memenuhi kriteria-kriteria teknis

dan non-teknis.

Laporan ini menjelaskan tentang tinjauan aspek struktural dan geoteknikal

termasuk di dalamnya sistem struktur dan analisis struktur secara garis besar

untuk Bendung PLTM Walesi 2. Dalam laporan ini juga dijelaskan tentang

idealisasi perhitungan struktur dan beban-beban yang bekerja pada banguna, baik

beban gravitasi maupun beban lateral sesuai dengan spesifikasi yang diterima

dan standar-standar berikut peraturan-peraturan yang digunakan untuk

perancangan struktur bangunan.

1.2. Data Teknis Bendung

PLTM Walesi 2 merupakan salah satu bangunan pembangkit listrik tenaga air di

Indonesia yang berlokasi di Provinsi Papua. Bangunan ini berfungsi untuk

mengalihkan air dari sungai menuju intake. Struktur dibangun dari beton bertulang

dan beton siklop.

Berikut ditampilkan gambar-gambar lokasi, dan potongan dari bendung PLTM

Walesi 2.



Gambar 1. Layout Bendung PLTM Walesi 2



Gambar 2. Potongan Melintang Bendung PLTM Walesi 2

Gambar 3. Potongan Memanjang Bendung PLTM Walesi 2



2. DESAIN STRUKTUR

2.1. Standar dan Kode Desain

Desain struktur Bendung PLTM Walesi 2 mengacu pada beberapa Standard dan

Code yang sudah biasa digunakan pada perencanaan-perencanaan Gedung di

Indonesia. Standar dan Code tersebut adalah sebagai berikut:

Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung SKBI –

1987

Tata Cara Penghitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, SNI 03-

2847-2002

Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung, SNI

1726-2002.

Uniform Building Code (UBC 1997)

Building Code Requirements for Reinforced Concrete, ACI 318-92

Debit rencana untuk desain bangunan hidarulik adalah debit dengan probabilitas

±65% sebesar 15.8 m3/s. Debit tersebut diperoleh dari analisis debit aliran rendah

menggunakan model NRECA. Dalam desain digunakan 110% debit rencana dan

berikut debit rencana pada tiap bangunan hidarulik.

Bangunan

normal

max/gen Qgen (m3/s)

Intake 1.1 17.38

De-sedimentation Basin 1.1 17.38

Saluran Pembawa 1.1 17.38

Headtank 1.1 17.38

Penstock 1.0 15.80

2.2. Bendung



Lokasi bendung dipilih berdasarkan alasan topografis, geologi, teknis dan

ekonomis. Secara ekonomis, artinya ditinjau dari volume pekerjaan merupakan

alternatif yang paling murah. Alasan topografis, menyangkut aspek elevasi,

kondisi palung, dan lain-lain. Sedangkan alasan geologis, menyangkut aspek

stabilitas konstruksi.

Lebar bendung (B) adalah jarak antara tembok pangkal di sebelah kiri dan kanan.

Lebar efektif bendung (Be) adalah lebar bendung akibat adanya pengaruh pilar.

Lebar pembilas yang sebenarnya (dengan bagian depan terbuka) sebaiknya diambil

80% dari lebar rencana untuk mengkompensasi perbedaan koefisien debit

dibandingkan dengan mercu bendung itu sendiri. Berikut rumus dalam menentukan

lebar efektif.

Be(mercu) = B(mercu) -2 (nKp + Ka) H1

Be(pembilas) = 0,80 x B(pembilas)

Be(total) = Be(mercu) + Be(pembilas)

Dimana:

n = jumlah pilar

Kp = koefisien kontraksi pilar

Ka = koefisien kontraksi pangkal bendung

H1 = tinggi energi, m

Nilai koefisien Ka dan Kp diperoleh dari tabel berikut:

Tabel 1. Harga-Harga Koefisien Kontraksi

Kp

Untuk pilar berujung segi empat dengan sudut-sudut yang

dibulatkan pada jari-jari yang hampir sama dengan 0,1 dari

tebal pilar.

Untuk pilar berujung bulat.

Untuk pilar berujung runcing.

0,02

0,01

0

Ka



Untuk pangkal tembok segi empat dengan tembok hulu pada

90o ke arah aliran.

Untuk pangkal tembok bulat dengan tembok hulu pada 90o

ke arah aliran dengan 0,5 H1 > r > 0,15 H1.

Untuk pangkal tembok bulat dimana r > 0,5 H1 dan tembok

hulu tidak lebih dari 45o ke arah aliran

0,20

0,10

0

Debit yang dapat dialirkan oleh bendung untuk suatu lebar efektif dan kaitannya

dengan tinggi badan air yang berada di atas mercu di atur oleh persamaan

berikut, yang diadaptasi dari Waterways Experiment Station (WES):

Q=C Le He1.5

Dimana:

Q = Debit limpasan diatas mercu (ft3/s)

C = Koefisien debit

Le = Panjang mercu pelimpah efektif

He = Tinggi tekan total, termasuk Ha (ft)

Ha = Tinggi kecepatan(ft)

Hd = Tinggi tekan rencana (ft)

Persamaan WES menggunakan satuan dalam feet karena koefisien dan

persamaan dibuat atas dasar pengamatan dengan memakai satuan british. Pada

studi ini, hasil debit dan muka air harus dikonversikan lagi ke satuan internasional.

Tinggi jagaan yang dipakai dalam merencanakan bendung untuk segala kondisi

harus terdapat spasi satu meter antara muka air dengan sayap bendung.

Persamaan tinggi energi-debit untuk bendung diadaptasi dari WES adalah

sebagai berikut:

Tabel 2. Perhitungan hidrolik bendung

No Hd (ft) Hd(m) h/Hd C/Cd C Le (ft) Le (m) Q (ft3/s) Q (m3/s) WS El (m)

1 0.00 0.00 - 1.00 4.03 98.42 30.00 0.00 0.00 1800

2 1.00 0.30 16.40 1.00 4.03 98.20 29.93 395.77 11.21 1800.305

3 2.00 0.61 8.20 1.00 4.03 97.98 29.87 1116.89 31.63 1800.61

4 3.00 0.91 5.47 1.00 4.03 97.76 29.80 2047.25 57.97 1800.914

5 4.00 1.22 4.10 1.00 4.03 97.54 29.73 3144.85 89.05 1801.219

6 5.00 1.52 3.28 1.00 4.03 97.32 29.66 4385.15 124.17 1801.524



7 6.00 1.83 2.73 1.00 4.03 97.10 29.60 5751.39 162.86 1801.829

8 7.00 2.13 2.34 1.00 4.03 96.88 29.53 7231.16 204.76 1802.134

9 8.00 2.44 2.05 1.00 4.03 96.66 29.46 8814.73 249.61 1802.438

10 9.00 2.74 1.82 1.00 4.03 96.44 29.40 10494.17 297.16 1802.743

11 10.00 3.05 1.64 1.00 4.03 96.22 29.33 12262.88 347.25 1803.048

12 11.00 3.35 1.49 1.00 4.03 96.00 29.26 14115.21 399.70 1803.353

13 12.00 3.66 1.37 1.00 4.03 95.78 29.20 16046.27 454.38 1803.658

14 13.00 3.96 1.26 1.00 4.03 95.82 29.21 18100.83 512.56 1803.962

15 13.33 4.06 1.23 1.00 4.03 95.76 29.19 18783.87 531.90 1804.063

16 14.00 4.27 1.17 1.00 4.03 95.62 29.15 20186.83 571.63 1804.267

17 15.00 4.57 1.09 1.00 4.03 95.42 29.09 22341.05 632.63 1804.572

18 16.00 4.88 1.03 1.00 4.03 94.58 28.83 24395.34 690.80 1804.877

Gambar 4. Rating Curve Bendung

Mercu yang digunakan adalah mercu bulat, kemiringan hulu relatif (1:1) tegak dan

kemiringan hilir 1:1. Ini berdasarkan syarat bahwa 0,7H < R < H dimana:

R = jari-jari mercu (m)

H = tinggi air banjir diatas mercu (m)

Bentuk mercu bendung dihitung berdasarkan WES:

𝑋𝑛 = 𝐾𝐻𝑑𝑛−1𝑌

Dimana:

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

0 100 200 300 400 500 600 700

Hd

(m

)

Q (m3/s)

Q=531.9 m3/s; Hd=4.06m



X dan Y = koordinat profil mercu dengan koordinat awal terletak pada

puncak mercu

Hd = kedalaman aliran tanpa tinggi kecepatan (m)

K dan n = parameter (tergantung dari kemiringan mercu sebelum puncak)

Tabel 3. Parameter K dan n (Chow, 1986)

Kemiringan mercu sebelum puncak

K n

Vertikal 2.000 1.850

3:1 1.936 1.836

3:2 1.939 1.810

3:3 1.873 1.776

Perhitungan penampang mercu berdasarkan WES adalah sebagai berikut:

Tabel 4. Perhitungan Penampang Mercu

No X X^n K.Hd^(n-1) Y El. dy/dx

1 0.00 0.000 6.5854 0.000 1,803.00

2 0.35 0.142 6.5854 -0.022 1,802.98 0.062

3 0.70 0.511 6.5854 -0.078 1,802.92 0.161

4 1.04 1.083 6.5854 -0.164 1,802.84 0.249

5 1.39 1.844 6.5854 -0.280 1,802.72 0.332

6 1.74 2.786 6.5854 -0.423 1,802.58 0.411

7 2.09 3.903 6.5854 -0.593 1,802.41 0.488

8 2.44 5.191 6.5854 -0.788 1,802.21 0.562

9 2.78 6.646 6.5854 -1.009 1,801.99 0.635

10 3.13 8.264 6.5854 -1.255 1,801.75 0.706

11 3.48 10.043 6.5854 -1.525 1,801.48 0.776

12 3.83 11.979 6.5854 -1.819 1,801.18 0.845

13 4.18 14.071 6.5854 -2.137 1,800.86 0.913

14 4.52 16.317 6.5854 -2.478 1,800.52 0.980

15 4.87 18.715 6.5854 -2.842 1,800.16 1.046

16 5.22 21.262 6.5854 -3.229 1,799.77 1.112

17 5.57 23.959 6.5854 -3.638 1,799.36 1.177

18 5.92 26.802 6.5854 -4.070 1,798.93 1.241

19 6.26 29.792 6.5854 -4.524 1,798.48 1.305

20 6.61 32.926 6.5854 -5.000 1,798.00 1.368



Gambar 5. Penampang Mercu

Berdasarkan hasil perhitungan bendung diatas maka dimensi bendung adalah

sebagai berikut:

Q50th = 531.9 m3/s

Bbendung = 30 m

Bpembilas = 1 x 2 m

Bpilar = 1 x 1.5 m

Btot-bendung = 33.5 m

Beff-bendung = 29.19 m

Hbendung = 5 m

Tinggi air di atas mercu = 4.06 m, lihat Gambar 4

Tinggi jagaan = 1 m

Elevasi puncak bendung = +1803 m

Elevasi dasar bendung = +1798 m

Elevasi air di atas mercu = +1807.06 m

Elevasi pilar mercu = elevasi air di atas mercu + tinggi jagaan

= +1808.06 m

1,797.00

1,798.00

1,799.00

1,800.00

1,801.00

1,802.00

1,803.00

1,804.00

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

Ele

vasi

(m)

X (m)



2.2.1. Peredam Energi

Peredam energi menggunakan tipe bak (bucket type), dimana diasumsikan

bendung berada di sungai yang mengangkut bongkah atau batu-batu besar

dengan dasar yang relatif tahan gerusan. Peredam energi memakai standar yang

diakui yakni EM 1110-2-1603 dari USACE, “Hydraulic designs of spillway”, dan

juga USBR Engineering monograph No. 25, “Hydraulic designs of stilling basins

and dissipator”.

Peredam energi tipe bak menggunakan jari-jari minimum bak yang diizinkan (Rmin)

dan batas minimum tinggi air hilir (Tmin) dalam menentukan dimensinya.

Perhitungan peredam energi tipe bak menggunakan grafik untuk mendapatkan

dimensi-dimensinya yang ditunjukkan pada Gambar 6 dan Gambar 7.

3

2

g

qhc

Dimana:

hc = kedalaman aliran kritis (m)

q = debit per lebar satuan (m3/s.m)

g = percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

Gambar 6. Jari-Jari Minimum Bak (KP-02 1986)



Gambar 7. Batas Minimum Tinggi Air di Hilir (KP-02 1986)

Gambar 8. Sketsa Penampang Peredam Energi Tipe Bak (KP-02, 1986)

Berikut dimensi yang direncanakan untuk peredam energi tipe bak.

Q50th = 531.90 m3/s

Rmin = 5.08 m ≈ 5.10 m

Tmin = 6.72 m ≈ 6.80 m

Pendsill = 0.51 m ≈ 1.00 m



3. ANALISA GEOTEKNIK

3.1. Tubuh Bendung

3.1.1. Kondisi Gempa

NORMAL CONDITION

NORMAL CONDITION + EARTHQUAKE

MAIN WEIR WALESI

DIMENSION :

H1 = 5.75 m

H2 = 0.80 m

Bt = 1.31 m

Bb = 7.00 m

H4 = 1.00 m

PARAMETER :

gwater = 10 kN/m3

gmud = 9 kN/m3

gcyclopean = 24 kN/m3

t = 0.1 MPa

f = 33 degree

O

Pa M

NORMAL

NORMAL + EARTHQUAKE CONDITION

W2

W1

W3

Pa SPa DPa MEq



CALCULATION OF WEIGHT & CENTRE OF GRAVITY :

W1 = (H1-H2)*Bt*gcyclopean

= 155.628 kN

W2 = Bb*H2*gcyclopean

= 134.400 kN

W3 = 0.5*(H1-H2)*(Bb-Bt)*gcyclopean

= 337.986 kN

PwU = 0.5*(0)^2*gwater

= 0.000 kN

X1 = Bb-Bt/2

= 6.345 m

X2 = (Bb)/2

= 3.500 m

X3 = (Bb-Bt)*2/3

= 3.793 m

X6 = (Bb)*2/3

= 9.55*2/3

= 4.667 m

CALCULATION OF FORCES :

PwS = 0.5*(gwater)*(H1-H2)^2

= 122.513 kN

PwD = Cd*k*(gwater)*(H1-H2)^0.5 Cd = 7/12

= 3.395 kN kmud = 0.5

PwM = 0.5*(gmud)*(H4)^2*kmud

= 2.250 kN

Eq = (W1+W2+W3)*I*k

= 197.146 kN



Zone D, Wil. Gempa Indonesia

Z = 1.2

ac = 0.218

V = 1

ad = 0.2616 *g

k = 0.2616

I = 1.2 tabel

Y1 = H2+(H1-H2)/3

= 2.450 m

Y2 = H2+(H1-H2)*0.5

= 3.275 m

Y3 = H2+(H4)/3

= 1.133 m

Y1' = H2+(H1-H2)/2

= 3.275 m

Y2' = H2/2

= 0.400 m

Y3' = H2+(H1-H2)/3

= 2.450 m

YRest = ((W1*Y1')+(W2*Y2')+(W3*Y3'))/(W1+W2+W3)

= 2.216 m

Overtuning Moment (Operational)

= (PwS*Y1)+(PwD*Y2)+(PwM*Y3)+(PwU*X6)

= 313.825 kN m

Overtuning Moment (Earthquake)

= (PwS*Y1)+(PwD*Y2)+(PwM*Y3)+(PwU*X6)+(Eq*Yrest)

= 750.647 kN m

Shear Force (Operational)

= (PwS)+(PwD)+(PwM)+(PwU)

= 128.158 kN m



Shear Force (Earthquake)

= (PwS)+(PwD)+(PwM)+(PwU)+Eq

= 325.304 kN m

Moment Resistance

= (W1*X1)+(W2*X2)+(W3*X3)

= 2,739.953 kN m

Shear Resistance

= (W1+W2+W3)*TAN(f)+t*Bb*1000

= 1,107.576 kN m

CALCULATION OF STABILITY :

SF Due to Overtuning (Operational)

= Resisting Moment/ Overtuning Moment (Operational)

= 8.731 > 2 OK

SF Due to Overtuning (Earthquake)

= Resisting Moment/ Overtuning Moment

(Earthquake)

= 3.650 > 1.2 OK

SF Due to Sliding (Operational)

= Shear Resistance/Shear Force (Operational)

= 8.642 > 2.5 OK

SF Due to Sliding (Earthquake)

= Shear Resistance/Shear Force (Earthquake)

= 3.405 > 2.5 OK

smax = (W1+W2+W3)/Bb/1+6*M. Overt/1/Bb^2

= 128.144 kN m

smin = (W1+W2+W3+W4)/Bb/1-6*M. Overt/1/Bb^2

= 51.289 kN m



smax

modified = 128.14 kN m TABEL TERZAGHI (f=33)

c = 0

Nc = 48.09

smin

modified 51.29 kN m D = 1

g = 19

Nq = 32.23

Ng = 31.94

Bearing Capacity

= c*Nc+D*g*Nq+0.5*B*g*Ng

= 2,736.38 > 128.14 OK

3.1.2. Kondisi Banjir

FLOOD CONDITION

MAIN WEIR WALESI

DIMENSION :

H1 = 5.75 m

H2 = 0.80 m

Bt = 1.31 m

Bb = 7.00 m

H4 = 1.00 m

H3 = 5.75 m

PARAMETER :

gwater = 10 kN/m3

gmud = 9 kN/m3

gcyclopean = 24 kN/m3

t = 0.1 MPa

f = 33 degree



CALCULATION OF WEIGHT & CENTRE OF GRAVITY :

W1 = (H1-H2)*Bt*gcyclopean

= 155.63 kN

W2 = Bb*H2*gcyclopean

= 134.40 kN

W3 = 0.5*(H1-H2)*(Bb-Bt)*gcyclopean

= 337.99 kN

W4 = (H3-H1)*Bb*gwater

= - kN

PwU = 0.5*(0)^2*gwater

= 0.00 kN

X1 = Bb-Bt/2

= 6.35 m

X2 = (Bb)/2

= 3.50 m

X3 = (Bb-Bt)*2/3

= 3.79 m

X4 = (Bb)/2

= 3.50

X6 = (Bb)*2/3

= 4.67 m

CALCULATION OF FORCES :

PwS = 0.5*(gwater)*(H3-H2))^2 Cd = 7/12

= 122.5125 kN kmud = 0.5

PwD = Cd*k*(gwater)*(H3-H2))^0.5

= 129.78 kN



PwM = 0.5*(gmud)*(H4)^2*kmud

= 2.25 kN

Y1 = H2+(H3-H2)/3

= 2.45 m

Y2 = H2+(H3-H2)^0.5

= 3.02 m

Y3 = H2+(H4)/3

= 1.13 m

Y1' = H2+(H1-H2)/2

= 3.275 m

Y2' = H2/2

= 0.4 m

Y3' = H2+(H1-H2)/3

= 2.45 m

YRest = ((W1*Y1')+(W2*Y2')+(W3*Y3'))/(W1+W2+W3)

= 2.22 m

Overtuning Moment (Flood)

= (PwS*Y1)+(PwD*Y2)+(PwM*Y3)+(PwU*X6)

= 695.28 kN m

Shear Force (Flood)

= 806.45+0+2.25+0

= 254.55 kN m

Moment Resistance

= (W1*X1)+(W2*X2)+(W3*X3)+(W4*X4)

= 2,739.95 kN m



Shear Resistance

= (W1+W2+W3+W4)*TAN(f)+t*Bb*1000

= 1,107.58 kN m

CALCULATION OF STABILITY :

SF Due to Overtuning (Flood)

= Resisting Moment/ Overtuning Moment (Flood)

= 3.94 > 1.2 OK

SF Due to Sliding (Flood)

= Shear Resistance/Shear Force (Flood)

= 4.35 > 2.5 OK

smax = (W1+W2+W3+W4)/Bb/1+6*M. Overt/1/Bb^2

= 174.85 kN m

smin = (W1+W2+W3+W4)/Bb/1-6*M. Overt/1/Bb^2

= 4.58 kN m

smax

modified = 448.52-70.30

= 170.27 kN m TABEL TERZAGHI (f=33)

c = 0

smin

modified = 100.21-100.21 Nc = 48.09

= 0.00 kN m D = 1

g = 19

Refer to REFERENCE in last page Nq = 32.23

Ng = 31.94

Bearing Capacity

= c*Nc+D*g*Nq+0.5*B*g*Ng

= 2,736.38 > 170.27 OK



3.2. Dinding Penahan Tanah Hulu (tinggi 10 meter)

3.2.1. Kondisi Masa Konstruksi


3.3. Dinding Penahan Tanah Hulu (tinggi 5.5 meter)

3.3.1. Kondisi Masa Konstruksi




4. ANALISA STRUKTUR

Documents

Weir PLTM