Jurnal Aspirasi Teknik Sipil (ASPAL) Vol.
1 No.
2 Desember 2023 DOI: 10.
35438/aspal.
Analisis Potensi Piping Bendungan Menggunakan Persamaan Empiris dan Metode Elemen Hingga 3 Dimensi Anafi Minmahddun1,* 1Jurusan Teknik Sipil.
Universitas Halu Oleo.
Kendari.
Sulawesi Tenggara *penulis koresponden: anafi.
minmahddun@uho.
Submit : 28/10/2023 Revisi
: 04/12/2023
Diterima : 15/12/2023 Abstrak.
Rembesan merupakan hal yang pasti terjadi pada bendungan tipe urugan, namun pada kondisi tertentu dapat menyebabkan piping pada bendungan.
Piping adalah terbentuknya rongga pada tanah karena terangkutnya butiran halus tanah akibat gaya Fenomena ini menjadi salah satu masalah serius yang dapat memengaruhi stabilitas dan keamanan bendungan.
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis potensi piping pada salah satu bendungan yang berada di Jawa Barat menggunakan metode elemen hingga dan persamaan empiris.
Analisis dengan metode elemen hingga dilakukan untuk mendapatkan nilai gradien hidrolik keluar pada bendungan untuk menghitung faktor keamanan terhadap bahaya piping.
Adapun, persamaan empiris menggunakan pendekatan weight creep ratio (WCR) untuk mengetahui potensi piping pada bendungan.
Analisis potensi piping dilakukan pada kondisi muka air minimum, muka air normal dan muka air banjir.
Hasil analisis elemen hingga menunjukkan nilai gradien hidrolik keluar berada pada rentang 0,200,33 dan menghasilkan faktor aman pada rentang 4,58-8,25.
Faktor aman yang diperoleh masih memenuhi kriteria faktor aman minimum yang disyaratkan oleh SNI 8065:2016 yaitu Analisis potensi piping menggunakan pendekatan empiris diperoleh nilai WCR pada kondisi muka air minimum, muka air normal dan muka air banjir secara berturut-turut adalah 4,71, 3,36 dan 3,30.
Nilai WCR hasil perhitungan lebih besar dari nilai angka aman untuk WCR jenis batuan yaitu 1,6.
Berdasarkan dua analisis tersebut, dapat disimpulkan bahwa bendungan aman terhadap bahaya piping.
Kata kunci: rembesan.
WCR.
faktor keamanan Abstract.
Seepage is an inevitable occurrence in embankment dams, but under certain conditions, it can lead to piping.
Piping is the formation of cavities in the soil due to the transport of fine soil particles by seepage forces.
This phenomenon is one of the serious issues that can affect the stability of the dam.
This study aims to analyze the potential for piping in one of the dams located in West Java using finite element and empirical equation methods.
The finite element method analysis was conducted to obtain the exit hydraulic gradient values in the dam to calculate the safety factor against piping hazards.
Meanwhile, the empirical equation used the weight creep ratio (WCR) to assess the potential for piping.
The potential for piping analysis was conducted under minimum, normal, and flood water level conditions.
The results of the finite element analysis showed that the hydraulic gradient exit values ranged 20 to 0.
33, resulting in safety factors ranging from 4.
58 to 8.
The obtained safety factors still meet the minimum safety factor criteria required by SNI 8065:2016, which is 4.
The potential for piping analysis using the empirical approach yielded WCR values under the minimum, normal, and flood water level conditions, which were 4.
71, 3.
36, and 3.
The calculated WCR values are higher than the typical value for WCR in hard rock, which is 1.
Based on these two analyses, it can be concluded that the dam is safe against piping hazards.
Keywords: seepage.
WCR.
safety factor Pendahuluan Bendungan tipe urugan adalah salah satu tipe bendungan yang memungkinkan air merembes pada material urugan melalui rongga antara butiran tanah.
Pada kondisi tertentu, rembesan dapat menimbulkan piping yang dapat menjadi salah satu penyebab kegagalan bendungan .
, .
Piping adalah terbentuknya rongga dalam tanah akibat terangkutnya butir-butir tanah halus akibat gaya rembesan.
Adanya gaya rembesan akan mengubah kondisi tegangan efektif dalam tanah .
Pada kasus bendungan, perbedaan tinggi muka air antara hulu dan hilir akan menyebabkan terjadinya aliran ke atas yang menyebabkan terjadinya penambahan tekanan air pori dari kondisi hidrostatis sehingga menurunkan tegangan efektif tanah.
Ketika tegangan efektif tanah sama dengan nol, tanah dalam keadaan mengapung atau terangkat ke atas .
uick-conditio.
Gradien hidrolik pada kondisi ini didefinisikan sebagai gradien hidraulik kritis.
Dalam perancangan struktur hidrolis, nilai gradien hidrolik keluar maksimum harus lebih kecil dibandingkan dengan gradien hidrolik kritis dibagi dengan faktor aman tertentu .
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis potensi piping pada salah satu bendungan di Indonesia.
Analisis dilakukan menggunakan pendekatan empiris serta simulasi numeris dengan metode elemen hingga tiga dimensi untuk mendapatkan nilai gradien hidrolik keluar maksimum pada kaki bendungan bagian hilir.
Evaluasi keamanan mengacu pada SNI 8065 tentang metode analisis dan cara pengendalian rembesan air untuk bendungan tipe urugan .
Metode Keamanan terhadap bahaya piping didefinisikan sebagai rasio antara gradien hidrolik kritis dan gradien hidrolik keluar maksimum yang secara matematis dapat ditulis sebagai SF = c dengan ie adalah gradien hidrolik keluar maksimum, ic adalah gradien hidrolik kritis.
AAo adalah berat volume apung dan Aw adalah berat volume air .
Gradien hidrolik keluar maksimum didapat dari hasil analisis rembesan menggunakan metode elemen hingga 3D dengan bantuan software Midas GTS NX.
Dalam analisis rembesan, input material yang dibutuhkan adalah nilai koefisien permeabilitas setiap zona dan fondasi bendungan.
Kondisi batas yang diterapkan dalam analisis adalah nodal head dan review.
Nodal head adalah total head pada sisi hulu bendungan, adapun review berfungsi melakukan perhitungan berulang ketika garis rembesan yang tepat sulit ditemukan .
Kondisi batas ini diterapkan pada sisi hilir bendungan.
Analisis rembesan dilakukan pada kondisi steady state dalam 3 .
kondisi yaitu kondisi muka air minimum, muka air normal dan muka air banjir.
Analisis steady state artinya aliran masuk sama dengan aliran keluar .
Luaran dari analisis ini adalah total head dan nilai gradien hidrolik pada setiap nodal.
Nilai total head akan menjadi gambaran bagaimana pengaruh pembagian zona bendungan terhadap pola rembesan yang terjadi, adapun nilai gradien hidrolik akan menjadi dasar evaluasi bahaya piping pada Sebagai pembanding, analisis potensi piping juga dievaluasi menggunakan weighted creep ratio (WCR) yang diusulkan oleh Lane .
Pendekatan empiris ini menggunakan panjang lintasan air yang melalui dasar bendung.
Nilai WCR dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut:
Lw = AeLh
AeLv
AeLw
H1 Oe H 2
WCR =
dengan Lw adalah weighted creep distance.
AeLh adalah jumlah jarak horizontal menurut lintasan terpendek.
AeLv adalah jumlah jarak vertikal menurut lintasan terpendek dan H adalah tinggi muka air hulu dan hilir bendungan.
Nilai WCR harus lebih besar dari nilai WCR minimum masing-masing tipikal tanah yang telah diusulkan oleh Lane .
Hasil dan Pembahasan Penelitian ini mengambil studi kasus pada salah satu bendungan yang berada di Provinsi Jawa Barat.
Bendungan ini bertipe urugan batu inti tegak dengan beberapa zona .
ona 1 ada inti bendunga.
dan berdiri di atas fondasi berupa batuan breksi vulkanik.
Titik tertinggi bendungan dari dasar adalah 114 m.
Potongan melintang bendungan beserta pembagian zona dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1.
Potongan melintang dan pembagian zona bendungan Dalam analisis, pemodelan tiga dimensi bendungan akan menyesuaikan elevasi sepanjang dasar bendungan dengan tetap memperhatikan pembagian zona (Gambar .
Input properties material masing-masing zona dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1.
Properties material bendungan Zona Breksi Grouting k .
m/deti.
5y10-6 6,5y10-4 3,6y10-3 1C10Oe4 1C10Oe20 Kondisi batas yang diterapkan dalam analisis adalah nodal head dengan acuan elevasi muka air normal, muka air minimum dan muka air banjir.
Kondisi batas diterapkan pada tubuh dan seluruh permukaan dasar bendungan.
Setelah penerapan Kondisi batas selanjutnya dilakukan proses meshing menggunakan elemen tetrahedron dengan jumlah 000 elemen.
Hasil penerapan Kondisi batas dan proses meshing secara berturut-turut terdapat pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Nodal head Review Gambar 2.
Penerapan kondisi batas Gambar 3.
Hasil meshing Hasil analisis rembesan pada kondisi muka air minimum, muka air normal dan muka air banjir terdapat pada Gambar 4.
Analisis rembesan menunjukkan kenaikan muka air waduk mengakibatkan terjadinya perubahan tekanan air pori yang terjadi di dalam tubuh dan fondasi bendungan.
Pada fondasi bendungan adanya tirai sementasi .
memperpanjang aliran rembesan yang memperkecil gradien hidrolik sehingga mereduksi tekanan air pori sisi hilir tirai tersebut.
Hal ini dapat memperkecil gaya angkat pada dasar bendungan.
Pada tubuh bendungan, pembagian zona dengan permeabilitas yang semakin kecil menuju inti bendungan menyebabkan aliran rembesan tidak berpengaruh signifikan pada sisi hilir.
Hal ini disebabkan ketika aliran dari lapisan permeabilitas tinggi menuju lapisan dengan permeabilitas rendah menyebabkan aliran rembesan akan bergerak ke bawah .
, hal ini terlihat dari potongan melintang pola rembesan pada saat muka air banjir yang terdapat pada Gambar 5.
Gambar 4.
Hasil analisis rembesan .
muka air minimum.
muka air normal.
muka air banjir Gambar 5.
Pola rembesan pada kondisi muka air banjir Hasil analisis gradien hidrolik keluar maksimum terdapat pada Gambar 6.
Faktor aman terhadap bahaya piping dilakukan pada beberapa titik didasar bendungan dengan menggunakan kriteria faktor aman minimum adalah 4 .
Analisis dilakukan pada kondisi muka air minimum, muka air normal dan muka air banjir.
Hasil analisis menunjukkan nilai gradien hidrolik keluar di setiap titik tinjauan pada seluruh kondisi muka air berada pada rentang 0,3-0,4.
Perhitungan faktor aman terhadap bahaya piping secara lengkap terdapat pada Tabel 2.
Hasil analisis menunjukkan bendungan aman terhadap bahaya piping pada seluruh kondisi muka air.
Nilai faktor aman terkecil pada Tabel 2 sebesar 4,58 menunjukkan bahwa gaya akibat berat efektif tanah memiliki nilai 4n58 kali lebih besar dari gaya hidrodinamik akibat rembesan.
Gambar 6.
Nilai gradien hidrolik keluar dan titik tinjauan potensi piping Tabel 2.
Hasil analisis keamanan terhadap bahaya piping Kondisi Muka air minimum Muka air normal Muka air banjir Titik N/m.
N/m.
9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9, 81
9,81
9,81
9,81
9,81
9,81
9,81
N/m.
Faktor
16,19
16,19
16,19
16,19
16,19
16,19
16,19
16,19
16,19
16,19
16,19
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
0,23
0,33
0,33
0,20
0,33
0,21
0,20
0,36
0,34
0,20
0,20
0,28
7,18
5,00
5,00
8,25
5,00
7,86
8,25
4,58
4,85
8,25
8,25
5,89
*Unit weight fondasi bendungan .
reksi vulkani.
Sebagai perbandingan, analisis bahaya piping dilakukan menggunakan pendekatan empiris dengan menghitung nilai WCR menggunakan Persamaan 4.
Pada bendungan ini panjang lintasan horizontal diukur sepanjang fondasi bendungan.
Adapun panjang lintasan vertikal adalah kedalaman tirai sementasi pada sisi hulu dan hilir.
Perhitungan nilai WCR pada kondisi muka air minimum, muka air normal dan muka air banjir dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3.
Hasil perhitungan nilai WCR Kondisi Lh .
Lv .
Lw .
H1-H2 .
WCR
Muka air minimum
519,63
353,21
4,71
Muka air normal
519,63
353,21
3,36
Muka air banjir
519,63
353,21
3,30
Modulus elastisitas fondasi bendungan adalah 106 kPa dan tergolong dalam batuan cadas .
sehingga nilai WCR minimum dari jenis batuan tersebut adalah 1 .
Nilai WCR hasil perhitungan lebih besar dari nilai WCR minimum yang dipersyaratkan menunjukkan bendungan aman terhadap bahaya piping.
Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis menggunakan metode elemen hingga dan persamaan empiris, dapat disimpulkan bahwa bendungan aman terhadap bahaya piping.
Pada tubuh bendungan adanya pembagian zona berupa inti tegak dengan permeabilitas rendah menyebabkan aliran rembesan pada kondisi muka air minimum, muka air normal dan muka air banjir tidak merubah secara signifikan kondisi tekanan air pori disisi hilir Adapun pada fondasi bendungan, adanya tirai sementasi didasar as bendungan sedalam 90 m menyebabkan panjang jalur lintasan air menuju hilir semakin besar menyebabkan nilai gradien hidrolik keluar mengecil sehingga meningkatkan nilai faktor aman terhadap bahaya piping.
Pendekatan empiris dengan menghitung WCR dapat dijadikan sebagai acuan awal dalam menilai potensi piping sebelum dianalisis lebih lanjut karena memberikan hasil yang tidak begitu berbeda dari perhitungan menggunakan metode elemen hingga.
Meskipun aman terhadap bahaya piping, kontrol rembesan dengan pemasangan instrumentasi tetap perlu dilakukan untuk memastikan keamanan bendungan selama bendungan tersebut beroperasi.
Daftar Pustaka