Materi Bendungan

 A. Pengertian Bendungan

      Bendungan adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air menjadi waduk,danau ,atau tempat rekreasi.Seringkali bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air kesebuah pembangkit listrik tenaga air. Kebanyakan dam juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan.

B. Type Bendungan 

     Bendungan dapat dibedakan menjadi beberapa type yaitu sebagai berikut

1.      Pembagian Type Bendungan berdasarkan Ukuranya

     Ø  Berdasarkan Ukurannya terbagi 2 yaitu 
         Ada dua type, yaitu bendungan besar dan bendungan kecil : 
                 Bendungan besar (large dams), menurut ICOLD defenisi bendungan besar adalah :

a.       Bendungan yang tingginya lebih dari 15 m, diukur dari bagian terbawah pondasi sampai ke puncak bendungan.

b.      Bendungan yang tingginya antara 10 m dan 15 m dapat pula disebut bendungan besar asal memenuhi salah satu lebih kriteria sebagai berikut:

-          Panjang puncak bendungan tidak kurang dari 500 m

-          Kapasitas waduk yang terbentuk tidak kurang dari 1 juta m^3.

-          Debit banjir maksimal yang diperhitungkan tidak kurang dari 2000 m³/dtk.

-          Bendungan menghadapi kesulitan-kesulitan khusus pada pondasinya.

-          Bendungan didesain tidak seperti biasanya (unusual desaign).

              Bendungan kecil (small dams, weir, bendung) adalah semua bendungan yang tidak memenuhi syarat sebagai bendungan besar disebut bendungan kecil.  

2.      Pembagian Type Bendungan berdasarkan Tujuan Pembangunannya

                    Ada dua type, yaitu bendungan dengan tujuan tunggal dan bendungan serbaguna.

    Bendungan dengan tujuan tunggal (single purpose dams) adalah bendungan yang di bangun untuk memenuhi satu tujuan saja, misalnya pembangkit tenaga listrik atau irigasi (pengairan).

·    Bendungan serbaguna (multipurpose dams) adalahbendungan yang dibangun untuk beberapa tujuan misalnya : Pembangkit tenaga listrik dan irigasi, pengendalian banjir, air minum dan industri, pariwisata dan lain-lain. 

3.     Pembagian Type Bendungan berdasarkan Penggunaannya

-      Bendungan untuk membentuk waduk (storage dams) adalah bendungan yang dibangun untuk membentuk waduk guna menyimpan air pada waktu kelebihan agar dapat dipakai pada waktu diperlukan.

-     Bendungan penangkap/pembelok air (diversion dams) adalah bendungan yang dibangun agar permukaan airnya lebih tinggi sehingga dapat mengalir masuk ke dalam saluran air atau terowongan air.

-    Bendungan untuk memperlambat jalannya air adalah bendungan yang dibangun untuk memperlambat aliran air sehingga dapat mencegah terjadinya banjir besar.

4. Pembagian Type Bendungan berdasarkan Jalannya Air

·         Bendungan untuk dilewati air (overflow dams) adalah bendungan yang dibangun untuk dilewati air misalnya pada bangunan pelimpah (spillway).

·         Bendungan untuk menahan air (diversion dams) adalah bendungan yang sama sekali tidak boleh dilewati air.

5.    Pembagian Type Bendungan berdasarkan Konstruksinya

a  . Bendungan Type Urugan

           Suatu bendungan yang dibendung dengan cara menimbunkan bahan-bahan seperti: batu, krikil, dan tanah pada komposisi tertentu dengan fungsi sebagai pengempang atau pengangkat permukaan air yang terdapat di dalam waduk di udiknya disebut bendungan type urugan atau “Bendungan Urugan”.

 Didasarkan pada ukuran butiran dari bahan timbunan yang digunakan, secara umum dapat dibedakan 2 type bendungan urugan, yaitu :

        -  Bendungan urugan batu (rock fill dam) disingkat dengan istilah “Bendungan batu”. 
        -  Bendungan urugan tanah (earth fill dam) disingkat dengan istilah “Bendungan tanah”.

Selain kedua jenis tersebut, terdapat pula bendungan urugan campuran, yaitu terdiri dari timbunan batu di bagian hilirnya yang berfungsi sebagai penyangga, sedang bagian udiknya terdiri dari timbunan tanah yang disamping berfungsi sebagai penyangga tambahan, terutama berfungsi sebagai tirai kedap  air.Di dalam kegiatan-kegiatan baik perencanaannya, maupun pelaksanaan pembangunannya, kedua type bendungan tersebut mempunyai banyak persamaan-persamaan yang cukup nyata.

•   Klasifikasi Bendungan Type Urugan

Sehubungan dengan fungsinya sebagai pengempang air atau pengangkat permukaan air di dalam suatu waduk, maka secara garis besarnya tubuh bendungan merupakan penahan rembesan air ke arah hilir serta penyangga tondonan air tersebut.

Ditinjau dari penempatan serta susunan bahan yang membentuk tubuh bendungan untuk dapat memenuhi fungsinya dengan baik, maka bendungan urugan dapat digolongkan dalam 3 type utama yaitu :

a.       Bendungan urugan homogen (bendungan homogen)

Suatu bendungan urugan digolongkan dalam type homogen, apabila bahan yang membentuk tubuh bendungan tersebut terdiri dari tanah yang hampir sejenis dan gradasinya (susunan ukuran butirnya) hampir seragam.Tubuh bendungan secara keseluruhannya berfungsi ganda, yaitu sebagai bangunan penyangga dan sekaligus sebagai penahan rembesan air.

b.      Bendungan urugan zonal (bendungan zonal)

Bendungan urugan digolongkan dalam type zonal, apabila timbunan yang membentuk tubuh bendungan terdiri dari batuan dengan gradasi (susunan ukuran butiran) yang berbeda-beda dalam urutan-urutan pelapisan tertentu. Pada bendungan type ini sebagai penyangga terutama dibebankan kepada timbunan yang kedap air (zone kedap air).

Berdasarkan letak dan kedudukan dari zone kedap airnya, maka type ini masih dapat dibedakan menjadi 3 yaitu :

-             Bendungan urugan zonal dengan tirai kedap air atau “bendungan tirai” (front core fill type dam), ialah bendungan zonal dengan zone kedap air yang membentuk lereng udik bendungan tersebut.

-             Bendungan urugan zonal dengan inti kedap air miring atau “bendungan inti miring ” (inclined-core fill type dam), ialah bendungan zonal yang zone kedap airnya terletak di dalam tubuh bendungan dan berkedudukan miring ke arah hilir.

-             Bendungan urugan zonal dengan inti kedap air tegak atau “bendungan inti tegak ” (central-core fill type dam), ialah bendungan zonal yang zone kedap airnya terletak di bidang tengah dari tubuh bendungan.

        c.  Bendungan urugan bersekat (bendungan sekat).

   Bendungan urugan digolongkan dalam type sekat (facing), apabila di lereng udik tubuh bendungan dilapisi dengan sekat tidak lulus air (dengan kekedapan yang tinggi) seperti lembaran baja tahan karat, beton aspal, lembaran beton bertulang, hamparan plastic, susunan beton blok, dan lain-lain. 

• Bendungan Homogen

o   Suatu bendungan urugan digolongkan dalam type homogen, apabila bahan yang membentuk tubuh bendungan tersebut terdiri dari tanah yang hampir sejenis dan gradisinya (tersusun ukuran butirannya) hampir seragam.

o   Tubuh bendungan secara keseluruhannya berfungsi ganda, yaitu sebagai bangunan penyangga dan sekaligus sebagai penahan rembesan air.

• Bendungan Zonal

o   Bendungan urugan digolongkan dalam type-type zonal, apabila timbunan yang membentuk tubuh bendungan terdiri batuan dengan gradasi (susunan ukuran butiran) yang berbeda-beda dalam urutan-urutan pelapisan tertentu.

o   Berdasarkan letak kedudukannya bendungan dari zonal kedap air (zonal impermeable) maka type ini dibedakan lagi menjadi tiga bagian yaitu:

1.      Bendungan urugan zonal dengan tirai kedap air atau bendungan tirai (front core fill type dam) adalah bendungan zonal yang zone kedap air membentuk lereng udik bendungan.

2.      Bendungan urugan zonal dengan inti zonal kedap air miring atau bendungan inti miring (inclined-core fill type dam) adalah bendungan zonal yang zone kedap airnya terletak dalam tubuh bendungan dan kedudukannya miring ke arah hilir. 

1.1.1  Karakteristik Bendungan Type Urugan

Dibandingkan dengan jenis-jenis lainnya, maka bendungan urugan mempunyai keistimewaan-keistimewaan sebagai berikut :

•      Pembangunannya dapat dilaksanakan pada hampir semua kondisi geologi dan geografi yang dijumpai.
•      Bahan untuk tubuh bendungan dapat digunakan batuan yang terdapat di sekitar calon bendungan.

Akan tetapi type ini mempunyai kelemahan yang cukup berarti, yaitu tidak mampu menahan limpasan di atas mercunya, dimana limpasan-limpasan yang terjadi dapat menyebabkan longsoran-longsoran pada lereng hilir yang dapat mengakibatkan jebolnya bendungan tersebut. Beberapa karakteristik utama dari bendungan urugan, adalah sebagai berikut :

1.      Bendungan urugan mempunyai alas yang luas, sehingga yang harus didukung oleh pondasi bendungan persatuan unit luas biasanya kecil. Beban utama yang harus didukung oleh pondasi terdiri dari berat tubuh bendungan dan tekanan hydrostatis dari air dalam waduk.

Karena hal tersebut, maka bendungan urugan dapat dibangun diatas batuan yang sudah lapuk atau diatas alur sungai yang tersusun dari batuan sediment dengan kemampuan daya dukung yang rendah asalkan kekedapannya dapat diperbaiki pada tingkat yang dikehendaki.

2.      Bendungan urugan selalu dapat dibangun dengan menggunakan bahan batuan yang terdapat disekitar calon bendungan. Dibandingkan dengan jenis bendungan beton, yang memerlukan bahan-bahan fabrikat seperti semen dalam jumlah besar dengan harga yang tinggi dan didatangkan dari tempat yang jauh, maka bendungan urugan dalam hal ini menunjukkan tendensi yang positif.

3.      Dalam pembangunannya, bendungan urugan dapat dilaksanakan secara mekanis dengan intensitas yang tinggi (full mechanized) dan karena banyaknya type-type peralatan yag sudah diprodusir, maka dapat dipilihkan peralatan yang paling cocok sesuai dengan sifat-sifat bahan yang akan digunakan serta kondisi lapangan pelaksanaannya.

4.      Oleh karena tubuh bendungan terdiri dari timbunan tanah dan timbunan batu yang berkomposisi lepas, maka bahaya jebolnya bendungan umumnya disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut :

1. Longsoran yang terjadi baik pada lereng udik, maupun lereng hilir tubuh bendungan.
2. Terjadinya sufosi (erosi dalam atau piping) oleh gaya-gaya yang timbul dalam bendungan.
3. Suatu konstruksi yang kaku tidak diinginkan didalam tubuh bendungan, karena konstruksi tersebut tak dapat mengikuti gerakan konsolidasi dari tubuh bendungan tersebut.
4. Proses pelaksanaan pembangunannya biasanya sangat peka terhadap pengaruh iklim. Lebih-lebih pada bendungan tanah, dimana kelembaban optimum tertentu perlu dipertahankan terutama pada saat pelaksanaan penimbunan dan pemadatannya.

1.1.2  Perancangan Untuk Bendungan Type Urugan

Pada hakekatnya eksistensi suatu bendungan sudah dimulai sejak diadakannya kegiatan-kegiatan survey, perancangan, perencanaan teknis, pembangunan, operasi dan pemeliharaan sampai akhir dari umur efektif bendungan tersebut.

Semakin mendalam pelaksanaan survey dan perancangan dikerjakan, maka semakin mudahlah pembuatan perencanaan-teknisnya dan semakin mudah pula pelaksanaan pembangunannya, karena kemungkinan terjadinya modifikasi-modifikasi konstruksi akan semakin kecil.Tetapi sebaliknya apabila survey dan dan perancangannya kurang teliti dan kurang mendalam, kadang-kadang pilihan yang semula (pada tingkat perancangan)

          jatuh pada bendungan beton, dapat berubah menjadi bendungan urugan setelah tiba pada saat pembuatan perencanaan-teknisnya, sehingga seluruh hasil survey dan perancangan semula, terpaksa ditinjau kembali. Bahkan pada beberapa kasus kadang-kadang saat suatu bendungan dalam proses pelaksanaan pembangunannya, akibat diketemukannya kondisi-kondisi geologi yang kurang menguntungkan, terpaksa harus memindahkan sumbu bendungan yang telah ditetapkan atau memperbaiki kemiringan-kemiringan lereng bendungan, yang mengakibatkan bahwa volume urugan dapat berubah dengan sangat menyolok.

         Contoh – contoh kejadian tersebut, dapat mengakibatkan terlambatnya pelaksanaan pembangunannya, dan kadang-kadang bahkan terpaksa harus ditinggalkan begitu saja, karena timbulnya tambahan-tambahan pembiayaan yang melampaui batas persyaratan ekonomis.

         Berhubung hal tersebut, maka kemantapan perencanaan – teknis suatu bendungan sangat ditentukan oleh ketelitian pada pelaksanaan survey dan investigasi, sehingga mendapatkan data-data yang dapat dipercaya dan selanjutnya akan diperoleh anmalisa-analisa yang jitu.

Dari hasil analisa-analisa teknis, maka akan dapat ditentukan dengan mantap hal-hal sebagai berikut :

•       Kedudukan bendungan yang paling baik
•       Type bendungan yang paling cocok
•        Metode pelaksanaan yang paling efektif

Berdasarkan data-data yang betul-betul lengkap serta dapat, mencerminkan kondisi  sesungguhnya dari tempat kedudukan calon bendungan dan disertai dengan analisa-analisa yang jitu dengan mengadakan sistem coba/banding dari berbagai alternative secara berulang kali, barulah akan dapat diharapkan ketepatan dan kemantapan dari ketiga unsur pokok tersebut diatas.

Beberapa aspek terpenting yang perlu dipelajari untuk dapat merealisir gagasan pembangunan suatu bendungan adalah :

•       Topografi
•       Geologi Teknik
•       Pondasi
•       Hidrologi
•       Bahan Bendungan
•       Bangunan Pelimpah
•       Bangunan Penyadap
•       Lain-lain

C        Desain Tubuh Bendungan

1  Tinggi Bendungan

Tinggi bendungan adalah perbedaan antara elevasi permukaan pondasi dan elevasi mercu bendungan.Permukaan pondasi adalah dasar dinding kedap air atau dasar dari pada zone kedap air. Apabila pada bendungan tidak terdapat dinding kedap air atau zone kedap air, maka yang dianggap permukaan pondasi adalah garis perpotongan antara bidang vertical yang melalui tepi udik mercu bendungan dengan permukaan pondasi atas bendungan tersebut. Sedang mercu bendungan adalah bidang teratas dari suatu bendungan yang tidak dilalui oleh luapan air dari waduk.Akan tetapi, apabila pada mercu bendungan terdapat tembok penahan (parafet) untuk melindungi mercu bendungan terhadap limpasan ombak, maka tinggi jagaan waduk bertambah setinggi tembok penahan dan puncak tembok dapat dianggap sebagai mercu bendungan yang bersangkutan.

a. Tinggi Jagaan (free board)

        Tinggi jagaan adalah perbedaan antara elevasi permukaan maximum-rencana air dalam waduk dan elevasi mercu bendungan.Elevasi permukaan air maximum rencana biasanya merupakan elevasi banjir rencana waduk. Kadang-kadang elevasi permukaan air penuh normal atau elevasi permukaan banjir waduk lebih tinggi dari elevasi banjir rencana dan dalam keadaan yang demikian yang

disebut elevasi permukaan air maksimum rencana adalah elevasi yang paling tinggi yang diperkirakan akan dicapai oleh permukaan air waduk tersebut. Selain itu dalam hal-hal tertentu tambahan tinggi tembok penahan ombak diatas mercu bendungan kadang-kadang diperhitungkan pula pada penentuan tinggi jagaan.

Tinggi jagaan (Hf) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

 

Dimana :         

D  : tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air waduk yang terjadi akibat timbulnya banjir obnormal.

 : tinggi ombak akibat tiupan angin

  : tinggi ombak akibat gempa

  : tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air waduk, apabila terjadi kemacetan-kemacetan pada pintu bangunan pelimpah

   : tinggi tambahan yang didasarkan pada tingkat urgensi dari waduk

→  Tinggi kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh banjir abnormal (

Dimana :

:  debit banjir rencana

  :  kapasitas rencana bangunan pelimpah untuk banjir abnormal

:  0,2 untuk bangunan pelimpah terbuka     

:  0,2 untuk bangunan pelimpah tertutup

   :  kedalaman pelimpah rencana

  :  luas permukaan air waduk pada elevasi banjir rencana

  :  durasi terjadinya banjir abnormal (biasanya antara 1 s/d 3 jam)

→  Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin

  Tinggi jangkauan hempasan ombak yang naik keatas permukaan lereng udik bendungan (h_w) dapat diperoleh dengan metode S.M.B. yang didasarkan pada panjangnya lintasan ombak (F) dan kecepatan angin diatas permukaan air waduk. Akan tetapi disamping tinggi ombak (R), jangkauan hempasan ombak yang naik diatas permukaa lereng udik bendungan tersebut masih tergantung dari beberapa factor lainnya, yang diantaranya adalah kemiringan serta kekasaran permukaan lereng udik tersebut. Faktor kemiringan dan kekasaran permukaan lereng ini diselidiki oleh Saville yang diadaptasikan pada metode S.M.B dan dapat dipergunakan untuk menghitung tinggi jangkauan hempasan ombak yang naik diatas permukaan lereng bendungan.

→   Tinggi ombak akibat gempa ( )

    

                Dimana :

    : intensitas seismis horizontal

    : siklus seismis (biasanya sekitar satu detik)

 : kedalaman air di dalam waduk  

→   Kenaikan permukaan air waduk yang disebabkan oleh ketidak-normalan operasi

pintu-pintu bangunan pelimpah

Ketidak-normalan operasi pintu-pintu dapat terjadi oleh berbagai sebab, antra lain : keterlambatan pembukaan, kemacetan atau bahkan kerusakan-kerusakan mekanisme pintu-pintu tersebut, yang mengakibatkan terjadinya kenaikan permukaan air waduk (h_a) melampaui batas maksimum rencana.

→   Angka tambahan tinggi jaghaan yang didasarkan pada type bendungan

Mengingat limpasan melalui mercu bendungan urugan akan sangat berbahaya, maka untuk bendungan type ini angka tambahan tinggi jagaan (h_i) diambil sebesar 1,0 m           (h_i = 1,0 m).

→   Angka standar untuk tinggi jagaan pada bendungan urugan

Didasarkan pada tinggi bendungan yang direncanakan, maka angka standar untuk tinggi jagaan pada bendungan urugan adalah sebagai berikut :

·         Lebih rendah dari 50 m                                       Hf³ 2,0 m

·         Dengan tinggi antara 50 s/d 100 m                 Hf³ 3,0 m

·         Lebih tinggi dari 100 m                                       Hf³ 3,5 m

b.   Panjang Bendungan

Panjang bendungan adalah seluruh panjang mercu bendungan yang bersangkutan, termasuk bagian yang digali pada tebing-tebing sungai dikedua ujung mercu tersebut.Apbila bangunan pelimpah atau bangunan penyadap terdapat pada ujung-ujung mercu, maka lebar bangunan-bangunan pelimpah tersebut diperhitungkan pula dalam menentukan panjang bendungan.

c.   Volume Bendungan

Seluruh jumlah volume konstruksi yang dibuat dalam rangka pembangunan tubuh bendungan termasuk semua bangunan pelengkapnya dianggap sebagai volume bendungan.

  d. Kemiringan Lereng (slope gradient)

Kemiringan rata-rata lereng-lereng bendungan (lereng udik dan lereng hilir) adalah perbandingan antarapanjang garis vetikal yang melalui puncak dan panjang garis horizontal yang melalui tumit masing-masing lereng tersebut. Berm-lawan dan drainage prisma biasanya dimasukkan dalam perhitungan penentuan kemiringan lereng, akan tetapi alas kedap air biasanya diabaikan.  

1.2.6  Penimbunan Extra (extra-banking)

Sehubungan dengan terjadinya gejela konsolidasi tubuh bendungan, yang prosesnya berjalan lama sesudah pembangunan bendungan tersebut diadakan penimbunan extra melebihi tinggi dan volume rencana dengan perhitungan agar sesudah proses konsolidasinya berakhir, maka penurunan tinggi dan penyusutan volume akan mandekati tinggi dan volume rencana bendungan.

DH =   1     . g . H² . T

            2 E

E =  P_o – P_x   =    1

        e_o – e_x       - m_v

        1 + e_o

Dimana :

      g     : berat jenis bahan tubuh bendungan

      H    : tinggi bendungan

T    : koefisien penurunan (antara 0,3 – 0,5), yang didasarkan pada type bendungan

dan kecepatan pelaksanaan penimbunannya.

P_o  : tegangan efektif permukaan (beban pendahuluan)

P_x  : tegangan efektif setelah penimbunan mencapai ketebalan x meter

e_o  : angka pori pada keadaan tegangan Po

e_x  : angka pori pada keadaan tegangan Px

m_v: koefisin kompresi volume

  e. Lebar Mercu Bendungan

Lebar mercu bendungan yang memadai diperlukan agar puncak bendungan dapat bertahan terhadap hempasan ombak di atas permukaan lereng yang berdekatan dengan mercu tersebut dan dapat bertahan terhadap aliran filtrasi yang melalui bagian puncak tubuh bendungan yang bersangkutan.

Guna memperoleh lebar minimum mercu bendungan (b), digunakan rumus sebagai berikut :

b = 3,6 H ^1/3  –  3,0

Dimana :

b : lebar mercu                  

H : tinggi bendungan