Weir PLTM

Nota Desain Bendung PLTM Walesi 2

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.

PT. Bumi Cenderawasih Jayawijaya

1


Gambar 1. Layout Bendung PLTM Walesi 2

2



Gambar 2. Potongan Melintang Bendung PLTM Walesi 2

Gambar 3. Potongan Memanjang Bendung PLTM Walesi 2


3


Gambar 2. Potongan Melintang Bendung PLTM Walesi 2

Gambar 3. Potongan Memanjang Bendung PLTM Walesi 2



DESAIN STRUKTUR

2.

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 032847-2002



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

3


DESAIN STRUKTUR

2.

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 032847-2002



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. normal Bangunan Intake De-sedimentation Basin Saluran Pembawa Headtank Penstock

2.2.

max/gen 1.1 1.1 1.1 1.1 1.0

Qgen (m3 /s) 17.38 17.38 17.38 17.38 15.80

Bendung


4


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 90 o ke arah aliran dengan 0,5 H 1 > r > 0,15 H1. Untuk pangkal tembok bulat dimana r > 0,5 H 1 dan tembok hulu tidak lebih dari 45 o 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 (ft 3 /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

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

5.00

531.90

1804.063

Q=531.9 m3/s; Hd=4.06m

4.50 4.00 3.50 3.00

) m ( 2.50 d H 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0

100

200

300

400

500

600

700

Q (m3/s)

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: 



−1

= 



Dimana:



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 Vertikal 3:1 3:2 3:3

K

n

2.000 1.936 1.939 1.873

1.850 1.836 1.810 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 5

1.04 1.39

1.083 1.844

6.5854 6.5854

-0.164 -0.280

1,802.84 1,802.72

0.249 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 14 15 16 17 18 19 20

4.18 4.52 4.87 5.22 5.57 5.92 6.26 6.61

14.071 16.317 18.715 21.262 23.959 26.802 29.792 32.926

6.5854 6.5854 6.5854 6.5854 6.5854 6.5854 6.5854 6.5854

-2.137 -2.478 -2.842 -3.229 -3.638 -4.070 -4.524 -5.000

1,800.86 1,800.52 1,800.16 1,799.77 1,799.36 1,798.93 1,798.48 1,798.00

0.913 0.980 1.046 1.112 1.177 1.241 1.305 1.368



1,804.00

1,803.00

1,802.00 ) m 1,801.00 ( i s a v e 1,800.00 l E

1,799.00

1,798.00

1,797.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

X (m)

Gambar 5. Penampang Mercu

Berdasarkan hasil perhitungan bendung diatas maka dimensi bendung adalah sebagai berikut: = 531.9 m3/s



Q50th



Bbendung = 30 m



Bpembilas = 1 x 2 m



Bpilar



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

=1m



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

= 1 x 1.5 m

= +1808.06 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 (R min) 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.

hc



3

q

2

g

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

W1 W3

Eq

Pa M

Pa D

Pa S

W2 O

NORMAL NORMAL + EARTHQUAKE CONDITION

Pa M

NORMAL CONDITION NORMAL CONDITION + EARTHQUAKE MAIN WEIR WALESI DIMENSION : H1 = H2 = Bt = Bb = H4 =

5.75 0.80 1.31 7.00 1.00

PARAMETER : gwater = 10 gmud = 9 gcyclopean = 24 t = 0.1 f = 33


m m m m m

kN/m3 kN/m3 kN/m3 MPa degree


CALCULATION OF WEIGHT & CENTRE OF GRAVITY :

W1

W2

W3

PwU

X1

X2

X3

X6

= =

(H1-H2)*Bt*gcyclopean 155.628

kN

= =

Bb*H2*gcyclopean 134.400

kN

= =

0.5*(H1-H2)*(Bb-Bt)*gcyclopean 337.986

kN

= =

0.5*(0)^2*gwater 0.000

kN

= =

Bb-Bt/2 6.345

m

= =

(Bb)/2 3.500

m

= =

(Bb-Bt)*2/3 3.793

m

= = =

(Bb)*2/3 9.55*2/3 4.667

m

CALCULATION OF FORCES :

PwS

PwD

PwM

Eq

=

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

=

122.513

=

Cd*k*(gwater)*(H1-H2)^0.5

=

3.395

=

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

=

2.250

=

(W1+W2+W3)*I*k

=

197.146


kN Cd kN

kN

kN

=

kmud =

7/12 0.5


Zone D, Wil. Gempa Indonesia Z

=

1.2

ac

=

0.218

V

=

1

ad

=

0.2616

k

=

0.2616

I

=

1.2

Y1

=

H2+(H1-H2)/3

=

2.450

=

H2+(H1-H2)*0.5

=

3.275

=

H2+(H4)/3

=

1.133

=

H2+(H1-H2)/2

=

3.275

=

H2/2

=

0.400

=

H2+(H1-H2)/3

=

2.450

Y2

Y3

Y1'

Y2'

Y3'

YRest = =

*g tabel

m

m

m

m

m

m

((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) OK = 8.731 > 2 SF Due to Overtuning (Earthquake) Resisting Moment/ Overtuning Moment = (Earthquake) OK = 3.650 > 1.2 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

51.29 kN m

modified

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

3.1.2.

OK

Kondisi Banjir

FLOOD CONDITION MAIN WEIR WALESI DIMENSION : H1 = H2 = Bt = Bb = H4 = H3 =

5.75 0.80 1.31 7.00 1.00 5.75

m m m m m m

PARAMETER :

gwater = 10

kN/m3

gmud = 9

kN/m3

gcyclopean = 24 t = 0.1 f = 33


kN/m3 MPa degree


CALCULATION OF WEIGHT & CENTRE OF GRAVITY :

W1

=

(H1-H2)*Bt*g cyclopean

=

155.63

kN

W2 = Bb*H2*g cyclopean = W3

=

134.40

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

= W4

=

kN

337.99

kN

(H3-H1)*Bb*gwater

=

-

kN

PwU = 0.5*(0)^2*g water = 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*(g water)*(H3-H2))^2 = 122.5125

kN

PwD = Cd*k*(g water)*(H3-H2))^0.5 = 129.78


kN

Cd = 7/12 k mud = 0.5


PwM = 0.5*(g mud)*(H4)^2*k mud

Y1

Y2

Y3

Y1'

= 2.25

kN

= H2+(H3-H2)/3 = 2.45

m

= H2+(H3-H2)^0.5 = 3.02

m

= H2+(H4)/3 = 1.13

m

= H2+(H1-H2)/2 = 3.275

m

Y2' = H2/2 = 0.4 Y3'

= H2+(H1-H2)/3 = 2.45

YRest =

m

m

((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) OK = 4.35 > 2.5

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 smax modified

=

kN m

448.52-70.30

= 170.27

kN m

TABEL TERZAGHI (f=33) c = 0

smin modified

= 100.21-100.21 = 0.00

Nc = 48.09 kN m

D g Nq Ng

Refer to REFERENCE in last page Bearing Capacity = c*Nc+D*g*Nq+0.5*B*g*Ng = 2,736.38 > 170.27


OK

= = = =

1 19 32.23 31.94


3.2.

Dinding Penahan Tanah Hulu (tinggi 10 meter)

3.2.1.

Kondisi Masa Konstruksi

3.2.2.

Kondisi Gempa

3.3.

Dinding Penahan Tanah Hulu (tinggi 5.5 meter)

3.3.1.

Kondisi Masa Konstruksi

3.3.2.

Kondisi Gempa



4.

ANALISA STRUKTUR


Weir PLTM

Recommend Documents