modul 12 analisa stabilitas bendungan: perhitungan rembesan · modul 12 analisa stabilitas...
TRANSCRIPT
MODUL 12 analisa stabilitas bendungan: Perhitungan REMBESAN
Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi
MODUL ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN
REMBESAN
PELATIHAN PERENCANAAN BENDUNGAN TINGKAT DASAR
MODUL 12
2017
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya
validasi dan penyempurnaan Modul Analisa Stabilitas Bendungan: Perhitungan
Rembesan sebagai Materi Substansi dalam Pelatihan Perencanaan Bendungan
Tingkat Dasar. Modul ini disusun untuk memenuhi kebutuhan kompetensi dasar
Aparatur Sipil Negara (ASN) di bidang Sumber Daya Air.
Modul Penyusunan Rencana Anggaran Biaya Perencanaan Bendungan ini disusun
dalam 7 (tujuh) bab yang terbagi atas Pendahuluan, Materi Pokok dan Penutup.
Penyusunan modul yang sistematis diharapkan mampu mempermudah peserta
pelatihan dalam memahami perhitungan rembesan dalam perencanaan bendungan.
Penekanan orientasi pembelajaran pada modul ini lebih menonjolkan partisipasi aktif
dari para peserta.
Akhirnya, ucapan terima kasih dan penghargaan kami sampaikan kepada Tim
Penyusun dan Tim Validasi Sistem Diklat, sehingga modul ini dapat disajikan dengan
baik. Perubahan modul di masa mendatang senantiasa terbuka dan dimungkinkan
mengingat akan perkembangan situasi, kebijakan dan peraturan yang terus menerus
terjadi. Semoga Modul ini dapat memberikan manfaat bagi peningkatan kompetensi
ASN di bidang Sumber Daya Air.
Bandung, Nopember 2017
Kepala Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Sumber Daya Air dan Konstruksi
Ir. K. M. Arsyad, M.Sc
.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
ii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ..................................................................................................... i
DAFTAR ISI .................................................................................................................. ii
DAFTAR TABEL .......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... vi
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ...................................................................... viii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................................... 1
1.2 Deskripsi Singkat................................................................................................ 3
1.3 Tujuan Pembelajaran ......................................................................................... 3
1.3.1 Hasil Belajar ........................................................................................... 3
1.3.2 Indikator Hasil Belajar ........................................................................... 3
1.4 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok .................................................................. 3
BAB II PENENTUAN KOEFISIEN PERMEABILITAS DAN PARAMETER
DESAIN ......................................................................................................................... 5
2.1 Pengujian Permeabilitas di Lapangan ............................................................... 5
2.2 Pengujian Permeabilitas di Laboratorium ........................................................ 13
2.3 Penentuan Parameter Desain .......................................................................... 18
2.4 Latihan .............................................................................................................. 18
2.5 Rangkuman ...................................................................................................... 18
2.6 Evaluasi ............................................................................................................ 20
BAB III JARINGAN ALIRAN ..................................................................................... 21
3.1 Umum ............................................................................................................... 21
3.2 Teori Rembesan ............................................................................................... 24
3.2.1 Aliran Langgeng .................................................................................... 26
3.2.2 Aliran Melalui Rekahan (Fracture Flow) ................................................ 34
3.2.3 Aliran Tidak Jenuh ................................................................................. 37
3.3 Informasi, Data dan Kondisi Batas ................................................................... 37
3.4 Metoda Analisis ................................................................................................ 42
3.4.1 Umum .................................................................................................... 42
3.4.2 Penyelesaian Numerik dengan Komputer ............................................. 43
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI iii
3.5 Latihan .............................................................................................................. 44
3.6 Rangkuman ...................................................................................................... 45
3.7 Evaluasi ............................................................................................................ 46
BAB IV REMBESAN MELALUI BENDUNGAN ......................................................... 49
4.1 Garis Phreatic dan Flownet .............................................................................. 49
4.2 Flownet Pada Tanah Anisotropis ..................................................................... 59
4.3 Analisis Keamanan Terhadap Piping ............................................................... 62
4.4 Latihan .............................................................................................................. 63
4.5 Rangkuman ...................................................................................................... 63
4.6 Evaluasi ............................................................................................................ 65
BAB V IMPLEMENTASI ANALISIS REMBESAN ..................................................... 67
5.1 Penggunaan Metoda Analisis ........................................................................... 67
5.2 Hasil Aplikasi .................................................................................................... 69
5.3 Latihan .............................................................................................................. 70
5.4 Rangkuman ...................................................................................................... 70
5.5 Evaluasi ............................................................................................................ 71
BAB VI CARA PRAKTIS PENGENDALIAN REMBESAN ........................................ 73
6.1 Umum ............................................................................................................... 73
6.2 Pola Kegagalan Akibat Rembesan ................................................................... 73
6.2.1 Tekanan Angkat (Blow Out) ................................................................... 74
6.2.2 Piping (Erosi Buluh) ............................................................................... 75
6.2.3 Erosi Internal .......................................................................................... 77
6.2.4 Solutioning ............................................................................................. 78
6.2.5 Pembasahan Lereng Hilir ...................................................................... 79
6.3 Pengendalian Rembesan ................................................................................. 82
6.4 Pengendalian Rembesan Melalui Fondasi ....................................................... 85
6.5 Latihan .............................................................................................................. 92
6.6 Rangkuman ...................................................................................................... 92
6.7 Evaluasi ............................................................................................................ 94
BAB VII PENUTUP ..................................................................................................... 97
7.1 Simpulan ........................................................................................................... 97
7.2 Tindak Lanjut .................................................................................................... 98
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
iv PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 99
GLOSARIUM ............................................................................................................ 101
KUNCI JAWABAN ................................................................................................... 105
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI v
DAFTAR TABEL
Tabel 5.1. Petunjuk Penggunaan Beberapa Metoda Analisis Rembesan .................. 67
Tabel 6.1. Pengaruh Rembesan Terhadap Keamanan Bendungan .......................... 82
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
vi PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pengujian Pemompaan di Lapangan ...................................................... 8
Gambar 2.2. Pengujian Permeabilitas di Lapangan Dengan Pemompaan ................ 10
Gambar 2.3. Pengujian Permeabilitas Di Lapangan dengan Pemompaan Tertekan . 10
Gambar 2.4. Pengujian di Lapangan dengan Packer ................................................ 11
Gambar 2.5. Uji Tinggi Konstan .................................................................................. 14
Gambar 2.6. Uji Rembesan Cara Tinggi Tekanan Menurun (Falling Head Test) ...... 15
Gambar 3.1. Aliran Air Melalui Pori-Pori Tanah ......................................................... 21
Gambar 3.2. Aliran Air di Dalam Butiran Tanah, Menurut Darcy ............................... 25
Gambar 3.3. Garis Aliran dan Ekipotensial Dari Jaringan Aliran ............................... 27
Gambar 3.4. Flownet dari Sheetpiles Pada Lapisan yang Porous ............................. 29
Gambar 3.5. Teori Jaringan Aliran 3-D ....................................................................... 30
Gambar 3.6. Kondisi-Kondisi Batas ........................................................................... 39
Gambar 3.7. Berbagai Metoda Analisis Rembesan (Seepage) ................................. 43
Gambar 4.1. Jaringan Aliran Pada Bendungan yang Homogen ................................ 49
Gambar 4.2. Bermacam-Macam Garis Freatik Pada Bendungan Urugan Tanah ..... 50
Gambar 4.3. Penentuan Titik Fokus dan Direktris Untuk Pembuatan Garis Freatik/
Phreatic.................................................................................................. 51
Gambar 4.4. Penggambaran Garis Preatik Pada Suatu Bendungan Tanah
Homogen ............................................................................................... 52
Gambar 4.5. Garis Freatis Cara Saffernak & Iterson Untuk Sudut Lereng () < 30º . 53
Gambar 4.6. Cara Penggambaran Parabola .............................................................. 53
Gambar 4.7. Penggambaran Garis Freatik Untuk () > 30º, Menurut Cassagrande . 54
Gambar 4.8. Flownet Tubuh Bendungan Urugan Tanah ........................................... 54
Gambar 4.9. Flownet Pada Zona Inti Bendungan Tipe Zonal .................................... 55
Gambar 4.10. Penyimpangan Garis Aliran, Karena Perbedaan Permeabilitas ......... 55
Gambar 4.11. Flownet Melalui Tubuh Bendungan Isotropis dan Fondasi Kedap Air
(Atas) dan Melalui Bendungan dan Fondasi yang Berlapis (Bawah) ... 56
Gambar 4.12. Pengaruh Perbaikan Fondasi Terhadap Konfigurasi Flownet. ........... 57
Gambar 4.13. Beberapa Konfigurasi Garis Freatik ................................................... 58
Gambar 4.14. Flownet Pada Bendungan yang Isotropis (Atas) dan Anisotropis
(Bawah) ................................................................................................. 60
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI vii
Gambar 4.15. Garis Preatik Melalui Tubuh Bendungan Dengan Berbagai Drainasi
Kaki ........................................................................................................ 61
Gambar 4.16. Desain Chimney Drain Menggunakan Hukum Darcy .......................... 62
Gambar 6.1. Tipe Didih Pasir (Sand Boiling) .............................................................. 75
Gambar 6.2. Proses Terjadinya Piping ....................................................................... 76
Gambar 6.3. Rembesan Melalui Timbunan ................................................................ 80
Gambar 6.4. Keruntuhan Akibat Pembasahan Lereng yang Progresif ...................... 81
Gambar 6.5. Lapisan Filter Sebagai Pelindung Terhadap Piping .............................. 83
Gambar 6.6. Lapisan Filter yang Dapat ”Menangkap” Air Rembesan Dengan Baik .. 84
Gambar 6.7. Zona Inti Kedap Air di Tengah ............................................................... 85
Gambar 6.8. Paritan Penuh (Positif) ........................................................................... 86
Gambar 6.9. Selimut Kedap Hulu ............................................................................... 87
Gambar 6.10. Berm Rembesan Hilir ........................................................................... 87
Gambar 6.11. Grouting Tirai Sebagai Perbaikan Fondasi Bendungan ..................... 89
Gambar 6.12. Kombinasi Drainase Cerobong dan Drainase Horisontal .................... 90
Gambar 6.13. Drainase Kaki Dikombinasikan Dengan Sumur Pelepas Tekanan ..... 91
Gambar 6.14. Perbaikan Tanah Fonfasi yang Porous Terhadap Rembesan ............ 91
Gambar 6.15. Perbaikan Tanah Fonfasi yang Porous Dengan Dinding Halang ........ 91
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
viii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL
Deskripsi
Modul Analisa Stabilitas Bendungan: Perhitungan Rembesan terdiri dari lima
kegiatan belajar. Kegiatan belajar pertama membahas tentang penentuan
koefisien permeabilitas dan parameter desain. Kegiatan belajar kedua
membahas tentang jaringan aliran. Kegiatan belajar ketiga membahas tentang
rembesan melalui bendungan. Kegiatan belajar keempat membahas tentang
implementasi analisis rembesan. Kegiatan belajar kelima membahas tentang
cara praktis pengendalian rembesan.
Peserta pelatihan mempelajari keseluruhan modul ini dengan cara yang
berurutan. Pemahaman setiap materi pada modul ini diperlukan untuk
memahami perhitungan rembesan dalam Perencanaan Bendungan. Setiap
kegiatan belajar dilengkapi dengan latihan atau evaluasi yang menjadi alat ukur
tingkat penguasaan peserta pelatihan setelah mempelajari materi dalam modul
ini.
Persyaratan
Dalam mempelajari modul pembelajaran ini, peserta pelatihan diharapkan dapat
menyimak dengan seksama penjelasan dari pengajar, sehingga dapat
memahami dengan baik materi yang merupakan dasar dari Perencanaan
Bendungan. Untuk menambah wawasan, peserta diharapkan dapat membaca
terlebih dahulu materi sebelumnya terkait bendungan.
Metode
Dalam pelaksanaan pembelajaran ini, metode yang dipergunakan adalah
dengan kegiatan pemaparan yang dilakukan oleh Widyaiswara/ Fasilitator,
adanya kesempatan tanya jawab, diskusi, brainstorming, dan studi kasus.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI ix
Alat Bantu/ Media
Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran ini, diperlukan Alat Bantu/
Media pembelajaran tertentu, yaitu: LCD/ proyektor, Laptop, white board/ Flip
Chart dengan spidol dan penghapusnya, bahan tayang, serta modul dan/ atau
bahan ajar.
Tujuan Kurikuler Khusus
Setelah mengikuti semua kegiatan pembelajaran dalam mata pelatihan ini,
peserta diharapkan mampu permasalahan rembesan dan piping (erosi buluh)
yang terjadi pada bendungan urugan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
x PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Bendungan harus didesain dan dijaga terhadap pengendalian rembesan yang
aman. Jika tidak, bendungan akan mengalami masalah akibat rembesan yang
berlebihan. Rembesan berlebihan mungkin dapat berpengaruh terhadap
keamanan bendungan itu sendiri, jika tidak dilakukan tindakan perbaikan yang
tepat. Masalah dasar adalah membedakan sejauh mana rembesan
berpengaruh terhadap suatu bendungan dan apa tindakan perbaikan paling
tepat, yang harus dilakukan untuk menjamin bahwa rembesan tidak
membahayakan terhadap keamanan bendungan.
Pengelola/ pemilik bendungan sebaiknya memahami masalah rembesan yang
terjadi dan memastikan bahwa bendungan serta bangunan fasilitasnya aman
terhadap bahaya rembesan. Pemantauan juga penting dilakukan dan alat
pengendali rembesan berfungsi dengan baik dan berada pada tempat yang
tepat. Modul ini berisikan latar belakang informasi terhadap penyebab
terjadinya rembesan serta pemantauan dan evaluasi rembesan termasuk cara
kontrol terhadap rembesan.
Air yang disimpan di dalam suatu waduk akan cenderung mencari jalan keluar
(mengalir) ke bagian yang lebih rendah,khususnya ke bagian hilir. Rembesan
merupakan air waduk yang mencari jalan keluar melalui material yang porus
atau suatu rekahan baik yang ada di dalam tubuh maupun fondasi
bendungan. Gaya atau tekanan air dari rembesan yang terjadi dapat
menimbulkan alur air baru atau memperbesar alur eksisting hingga
bendungan rekah. Jadi, pengendalian rembesan merupakan faktor yang
sangat penting dalam desain, pelaksanaan konstruksi dan O&P bendungan
terkait kondisi keamanan bendungan.
Sebelum abad ke-20, pembangunan bendungan urugan tanah atau batu
adalah merupakan seni tersendiri. Bendungan didesain dengan menggunakan
aturan berdasarkan pengalaman (rule of thumb), intuisi atau perasaan atau
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
2 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
dengan pengalaman pada masa lalu. Namun, berdasarkan pada peristiwa
kegagalan bendungan yang telah terjadi, sebagian besar kegagalan
bendungan disebabkan oleh rembesan yang tidak terkendali.
Bahkan pada abad ke-20, desain bendungan urugan sebagian besar
berdasarkan pengalaman atau pengamatan yang telah lalu. Pada tahun 1936,
suatu studi terhadap kegagalan bendungan urugan tanah menunjukkan
bahwa sekitar 80% disebabkan oleh tidak terkendalinya rembesan yang
menelan banyak korban jiwa dan harta. Salah satu alasan keterlambatan
mengenai perkembangan analisis desain untuk bendungan urugan yang
terlambat dibandingkan dengan bendungan beton graviti adalah mekanisme
dari rembesan belum difahami secara rinci, meskipun bendungan beton juga
dapat runtuh akibat rembesan yang menghasilkan tekanan angkat yang tinggi
dan mengakibatkan terjadinya retakan besar. Pengalaman banyak diambil dari
gagalnya bendungan di atas lapisan pasir dan kerikil yang terjadi di India,
Timur Tengah dan Afrika.
Bendungan, disamping mempunyai manfaat yang besar, juga menyimpan
potensi yang besar pula. Bila bendungan runtuh (jebol) akan menimbulkan
banjir bandang yang mengakibatkan timbulnya korban jiwa, harta benda dan
kerusakan lingkungan yang parah di bagian hilirnya. Oleh karena itu
bendungan harus di desain dengan aman dan layak secara teknis.
Bendungan dianggap aman, bila pembangunan dan pengelolaannya telah
dilaksanakan mengikuti konsepsi dan kaidah-kaidah keamanan bendungan
yang semuanya tertuang di dalam NSPM.
Agar diperoleh desain bendungan yang aman, hal-hal yang perlu diperhatikan
adalah :
a) Perencana dan pengawas pekerjaan harus benar-benar memahami
filosofi desain bendungan serta konsepsi dan kaidah-kaidah keamanan
bendungan.
b) Perencanaan bendungan harus dilaksanakan tahap demi tahap seperti
yang diatur di dalam ps. 26 PP 29/2000 dan harus mengacu pada NSPM.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 3
c) Kerangka Acuan Kerja (KAK) harus jelas dan lengkap.
1.2 Deskripsi Singkat
Materi pelatihan ini membahas berbagai materi terkait dengan penentuan
koefisien permeabilitas dan parameter desain; jaringan aliran; rembesan
melalui bendungan; implementasi analisis rembesan; cara praktis
pengendalian rembesan.
1.3 Tujuan Pembelajaran
1.3.1 Hasil Belajar
Setelah mengikuti pelatihan ini peserta diharapkan mampu memahami
permasalahan rembesan dan piping (erosi buluh) yang terjadi pada
bendungan urugan.
1.3.2 Indikator Hasil Belajar
Setelah mengikuti pembelajaran ini peserta pelatihan diharapkan dapat:
a) Menjelaskan penentuan koefisien permeabilitas dan parameter desain’
b) Menjelaskan jaringan aliran;
c) Menjelaskan rembesan melalui bendungan;
d) Menjelaskan implementasi analisis rembesan;
e) Menjelaskan cara praktis pengendalian rembesan.
1.4 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok
Materi Pokok dan Sub Materi modul ini sebagai berikut:
a) Materi Pokok 1: Penentuan Koefisien Permeabilitas dan Parameter
Desain
1) Pengujian Permeabilitas di Lapangan
2) Pengujian Permeabilitas di Laboratorium
3) Penentuan Parameter Desain
4) Latihan
5) Rangkuman
6) Evaluasi
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
4 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
b) Materi Pokok 2: Jaringan Aliran
1) Umum
2) Teori Rembesan
3) Informasi, Data dan Kondisi Batas
4) Metoda Analisis
5) Latihan
6) Rangkuman
7) Evaluasi
c) Materi Pokok 3: Rembesan Melalui Bendungan
1) Garis Phreatic dan Flownet
2) Flownet Pada Tanah Anisotropis
3) Analisis Keamanan Terhadap Piping
4) Latihan
5) Rangkuman
6) Evaluasi
d) Materi Pokok 4: Implementasi Analisis Rembesan
1) Penggunaan Metoda Analisis
2) Hasil Aplikasi
3) Latihan
4) Rangkuman
5) Evaluasi
e) Materi Pokok 5: Cara Praktis Pengendalian Rembesan
1) Umum
2) Pola Kegagalan Akibat Rembesan
3) Pengendalian Rembesan
4) Pengendalian Rembesan Melalui Fondasi
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 5
BAB II
PENENTUAN KOEFISIEN PERMEABILITAS DAN
PARAMETER DESAIN
2.1 Pengujian Permeabilitas di Lapangan
Penyelidikan lapangan dilakukan dalam rangka memperoleh sifat fisik dan
sifat teknik, baik untuk tubuh dan fondasi bendungan guna menentukan
parameter desain. Penyelidikan tersebut meliputi penyelidikan lapangan,
antara lain melakukan pengeboran, uji in-situ, pengambilan contoh tanah dan
pengujian terhadap material timbunan. Penyelidikan dengan geofisik dan
pengujian-pengujian lapangan perlu dipertimbangkan guna menentukan lokasi
dan titik-titik penyelidikan yang lebih teliti.
Penyelidikan lapangan sebaiknya melibatkan para ahli yang berpengalaman,
antara lain geologi dan ahli geoteknik, juru bor dan ahli geofisik. Investigasi
tersebut cukup mahal; bila biaya merupakan suatu faktor yang harus
dipertimbangkan,maka biaya yang minimum tidak harus mengurangi kualitas
pekerjaan. Misalnya, pengambilan contoh melalui diameter pemboran yang
kecil tidak akan memberikan hasil yang memuaskan dibandingkan dengan
pengambilan contoh melalui diameter pemboran yang lebih besar yang relatif
lebih mahal. Namun, tanpa melakukan pengambilan contoh tanah, pemboran
yang dilakukan akan kurang bermanfaat.
Berikut di bawah beberapa hal yang harus diperhatikan selama penyelidikan,
khususnya mengenai masalah rembesan, antara lain :
a) Pemetaan lapangan; untuk memperoleh pemetaan geologi dari tapak
bendungan dan luas genangan waduknya. Hal ini penting dilakukan untuk
mengetahui perlapisan dan struktur geologi yang ada di Lapangan.Pada
beberapa kasus,untuk mengantisipasi sumber dan alur rembesan serta
sekaligus untuk menentukan macam instrumentasi dan penyelidikan
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan dapat menjelaskan penentuan
koefisien permeabilitas dan parameter desain.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
6 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
bawah tanah,interpretasi foto udara dapat banyak membantu, terutama
pencitraan panas infra merah.
b) Pemboran dan pengambilan contoh tanah; penyelidikan bawah tanah
diikuti pengambilan contoh tanah perlu dilakukan untuk memperoleh
perlapisan tanah dan jenis tanah/ batuan serta untuk mengetahui alur
rembesan. Melalui lubang-lubang bor juga dapat dilakukan pengujian-
pengujian in-situ dan pemasangan pisometer. Pekerjaan pemboran ini
harus disupervisi oleh ahli yang berpengalaman dan harus dilakukan
secara hati-hati untuk mencegah terjadinya masalah yang serius, misalnya
rekah hidraulis, rusaknya lapisan filter yang tipis, terkontaminasinya filter
oleh air pemboran dan terjadinya tekanan rembesan yang tidak terkontrol.
Selama melakukan pemboran di suatu bendungan,sedapat mungkin
diusahakan untuk tidak menggunakan tekanan air.
c) Pengujian lapangan; berbagai pengujian lapangan dapat dilakukan
dalam investigasi rembesan, salah satunya adalah berbagai cara
pengujian permeabilitas dari tanah/batuan. Dengan kemajuan teknologi,
penggunaan kamera di dalam lubang bor sering dilakukan untuk
mengevaluasi rekahan, kekar, dan alur rembesan. Berbagai peralatan
logging melalui lubang juga digunakan untuk mengetahui temperatur air
dan profil kandungan kimiawi. Kandungan kimia di dalam air juga berguna
untuk melakukan identifikasi sumber rembesan. Arah dan kecepatan aliran
rembesan, caliper logs dan berbagai jenis logs dapat membantu dalam
melakukan evaluasi material di dalam lubang spesifik dan diantara lubang-
lubang. Kadang-kadang zat pewarna atau elemen penelusur lain
diinjeksikan untuk mengetahui alur rembesan dan mengukur waktu dari
sumber ke bagian keluarannya. Pada banyak kasus, uji grouting dilakukan
untuk mengevaluasi efektifitas dan ekonomi dari grouting sebagai tindak
perbaikan. Uji pemompaan dapat dilakukan untuk menentukan sifat
hidraulis dari lapisan fondasinya. Dengan menggunakan unit ROV
dilengkapi sidescan sonar atau alat lain dapat membantu mengevaluasi
lebih lanjut masalah rembesan sehubungan dengan kondisi di hilir dan
konduit yang terendam dari bendungan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 7
d) Investigasi geofisik; teknik geofisik digunakan dalam investigasi
rembesan mencakup metoda permukaan dan downhole. Teknik ini
mencakup survei dengan tahanan elektrik (electrical resistivity), self-
potential survey, seismic dan microseismic survey, gravity dan and
magnetic surveys, ground penetrating radar (GPR), acoustic emission,
gamma and neutron logging dan cross-hole thermography. Metoda
geofisik ini merupakan suatu cara yang cukup murah. Semua metoda di
atas memerlukan suatu verifikasi yang spesifik (lubang-lubang bor, contoh
tanah, peta geologi, elevasi muka air, dll) disamping petugas yang
berpengalaman untuk melakukan interpretasinya.
Secara umum dikenal dua tipe kondisi air tanah yang sering di jumpai
dalam praktek di lapangan. Kedua kondisi tersebut adalah seperti
diuraikan di bawah ini. Pengujian lapangan umumnya dilakukan untuk
memperoleh hasil yang paling baik, karena pengujian lapangan mewakili
kondisi lapangan yang ada. Pengujian lapangan ini dilakukan berdasarkan
perubahan tinggi tekanan yang terjadi di dalam suatu sumur (well), lubang
bor atau sumur uji (test pit). Suatu cara yang sering digunakan adalah uji
pompa melalui sumur (well).
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
8 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 2.1. Pengujian Pemompaan di Lapangan
Penentuan nilai Koefisien permeabilitas/konduktifitas (k) dapat dihitung
sebagai berikut :
Kasus 1, Kondisi Aliran Langgeng (Steady state), Akifer Bebas :
(
)
(
) ………………........................................…..(2.1)
Kasus 2, Kondisi Aliran Langgeng (Steady state), Akifer Tertekan :
(
)
( ) ………………........................................…..(2.2)
H adalah tebal lapisan akifer yang ditinjau sedangkan simbol lainnya dapat
dilihat pada gambar.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 9
Asumsi-asumsi yang digunakan adalah :
Kasus 1 :
a) Sumur pompa dibuat sampai setebal penuh dari formasi lapisan pembawa
air,
b) Terjadi kondisi aliran langgeng,
c) Formasi lapisan pembawa air adalah homogin, isotropis dan jaraknya tak
terbatas pada semua arah,
d) Berlaku asumsi Dupuit.
Kasus 2 :
a) Pemompaan dalam kondisi aliran langgeng,
b) S relatif kecil dibandingkan H,
c) Perubahan kecepatan surut kecil,
d) Formasi lapisan pembawa air adalah homogin, isotropis dan jaraknya tak
terbatas pada semua arah.
Perlu diperhatikan bahwa terdapat cara-cara uji lapangan dan rumus-rumus
sehubungan dengan kondisi aliran yang tak langgeng (unsteady state) dan
material-material yang tak jenuh untuk menentukan koefisien permeabilitas
berdasarkan dari pengukuran kecepatan rembesan, dll. (Periksa beberapa
rujukan dari Harr, Todd, Cedergren, Bouwer, Power, USBR, dan U.S. Army
Corps).
a) Lapisan muka air bebas (uncofined)
Permukaan air berupa garis kurva. Kemiringan garis kurva ini cenderung
membuat kemiringan yang kecil, ini berarti penggunaan nilai tangen dapat
diganti dengan nilai sinus untuk gradien hidraulik dalam persamaan
Darcy.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
10 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 2.2. Pengujian Permeabilitas di Lapangan Dengan Pemompaan
……………………………………...……… (2.3)
Integrasi antara r1 dan r2 dengan ketinggian h1 dan h2 yang sesuai, didapat :
(
)
(
)
(
) ………………………………………… (2.4)
b) Lapisan muka air tertekan (confined)
Gambar 2.3. Pengujian Permeabilitas Di Lapangan dengan Pemompaan Tertekan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 11
Luas penampang aliran:
∫
∫
( )
( ) ………………………………………………. (2.5)
c) Uji Packer
Pengujian ini dilakukan pada batuan keras yang dapat menahan tekanan
"packer" (penyekat), yaitu dengan cara melakukan injeksi air ke dalam
lubang bor untuk mendapatkan koefisien kelulusan air dan nilai Lugeon
dari batuan tersebut.
Pengujian dilakukan melalui lubang bor yang telah dibuat sebelumnya,
prosedur pengujian mengikuti standar yang berlaku.
Hg 1 : H gravity pada m.a.t 1
Us,. 2 : H gravity pada m.a.t 2
Hg 3 : H gravity pada m.a.t 3, dihitung
negative sebab air tanah berte
kanan (artesis).
Hp : H pressure
L : panjang lubang yang diuji
2r : diameter lubang yang diuji.
Gambar 2.4. Pengujian di Lapangan dengan Packer
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
12 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Koefisien kelulusan air (permeabilitas) dengan satuan cm/detik diperoleh
dengan rumus :
Untuk L >= 10 r:
....................... ............................................ (2.6)
Untuk 10 r > L >= r:
................. .......................................... (2.7)
k : koefisien kelulusan air (permeabilitas) (cm/detik)
Q : debit air yang masuk (cm3/detik)
L : panjang lubang bor yang diuji (cm)
Htot : H total = Hp + Hg (cm) -1
Sin h -1 = arc hyperbolic sine
sin h -1x = ln (x + 12 x )
Nilai Lugeon dengan satuan lugeon diperoleh dengan rumus :
pL
QLu
10 atau
tLp
VLu
..
10 ………………………………………… (2.8)
Lu : nilai Lugeon (lugeon)
Q : debit air yang masuk (liter)/menit
P : P total = Pp + Pg (kg/cm2)
L : panjang lubang bor yang diuji (meter)
Catatan :
1) Bila dijumpai air tanah yang bertekanan (air artesis), maka H gravitasi
dihitung negatif,
2) Untuk pemboran miring, maka semua perhitungan harus dikoreksi
terhadap sudut kemiringan lubang bor tersebut.
3) Definisi 1 lugeon adalah banyaknya air yang masuk dalam masa
batuan, dalam liter/menit/meter pada tekanan 10 kg/cm2. Berdasarkan
statistik 1 lugeon hampir sama dengan 10-5 cm/detik.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 13
2.2 Pengujian Permeabilitas di Laboratorium
Pengujian permeabilitas di laboratorium sering dilakukan terhadap contoh-
contoh tanah untuk melengkapi dan mendukung hasil investigasi atau uji
lapangan. Kuat geser dan sifat teknik lain dari tanah dan batuan diperlukan
untuk menentukan tindakan perbaikan. Sebagai contoh, penggunaan suatu
”rock mill” untuk melakukan penggalian suatu paritan yang dalam memerlukan
informasi kuat geser dan kekerasan batuan yang digali. Pengujian kimia di
laboratorium terhadap batuan, tanah dan air (waduk dan rembesan) dilakukan
sehubungan dengan masalah pelarutan (solutioning), garam-garam larut
(terutama gypsum) di dalam tanah atau tanah dispersif.
Pengujian laboratorium mungkin cukup teliti untuk contoh yang kecil, tetapi
kurang cukup mewakili untuk suatu material dengan volume besar di
lapangan. Metoda pengujian permeabilitas di laboratorium dapat berupa
”constant head” dan ”falling head”. Cara falling head sesuai untuk material
tanah berbutir halus yang mempunyai permeabilitas rendah.
Pada pengujian ”constant head” atau uji tinggi tekanan tetap, contoh tanah
ditempatkan di dalam suatu wadah silinder dan air dialirkan melalui suatu
wadah air yang mempunyai tinggi tekanan tetap. Volume air (V) yang mengalir
dalam waktu tertentu (t) kemudian diukur. Rumus koefisien permeabilitas
(konduktifitas) ditentukan berdasarkan rumus Darcy :
k = V/iAt dan i = h/L ……………………………………(2.9)
Pengujian ini biasanya dilakukan terhadap tanah berbutir kasar atau material
yang bersifat cukup rembes air (pervious). Pengeluaran udara saat
penjenuhan perlu dilakukan secara hati-hati.
a) Uji tinggi tekanan tetap/ konstan ( Constant Head )
Pengujian ini dapat dilakukan terhadap contoh tanah yang tidak terganggu
(undisturbed) ataupun contoh tanah terganggu (disturbed). Pengujian ini
cocok dilakukan untuk tanah berbutir kasar yang mempunyai nilai
koefisien permeabilitas yang tinggi, sesuai dengan SNI 03 – 6871 – 2002.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
14 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Dinamakan uji tinggi tekanan tetap/konstan, karena selama pengujian
dilakukan diusahakan supaya perbedaan tinggi tekanan muka air selalu
dalam kondisi tetap/ konstan.
Gambar 2.5. Uji Tinggi Konstan
Air dikumpulkan dalam gelas ukur selama waktu tertentu (t)
Q = A v t
v = k i
i =
L
h
……………………………………………………………….(2.10)
Keterangan :
A = luas penampang contoh tanah (cm2 )
L = panjang contoh tanah (cm)
Q = jumlah air yang tertampung di dalam gelas ukur selama waktu
t (cm3)
t = waktu yang dipergunakan untuk mengumpulkan air di gelas ukur
(detik)
h = perbedaan tinggi muka air di dalam alat (cm)
k = koefisien permeabilitas (cm/s)
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 15
b) Uji tinggi tekanan menurun ( falling head test )
Pengujian permeabilitas ini dilakukan sesuai dengan SNI 03-6870-2002.
Dengan alat ini perbedaan tinggi muka air pada pipa diukur, mulai dari
saat t = 0 dan perbedaan tinggi muka air = h1 , sampai t = t dan
perbedaan tinggi = h2
Kecepatan turunnya muka air pada pipa v =
dt
dh
Banyaknya air yang masuk ke dalam contoh tanah :
Q masuk = a v = a
dt
dh
Banyaknya air yang keluar dari dalam contoh tanah menurut hukum Darcy
adalah :
Qkeluar = k i A = k
L
h A
Gambar 2.6. Uji Rembesan Cara Tinggi Tekanan Menurun (Falling Head Test)
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
16 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Proses aliran air terjadi terus menerus, dan Qmasuk = Qkeluar
∫
∫
……………………………………………(2.11)
keterangan :
a = luas penampang pipa ( cm2 )
A = luas penampang contoh tanah ( cm2 )
L = panjang contoh tanah ( cm )
t = waktu penurunan muka air di dalam pipa dari h1 ke h2
k = koefisien permeabilitas ( cm/s )
c) Uji Konsolidasi
Penentuan besarnya koefisien permeabilitas dengan mempergunakan uji
konsolidasi merupakan penentuan tidak langsung
k = Cv mv a cm/s .................................................. (2.12)
Pemeriksaan konsolidasi di maksudkan untuk menentukan sifat
pemampatan suatu macam tanah yang di akibatkan oleh adanya tekanan
vertikal (berupa berat konstruksi atau tanah isian diatas titik yang ditinjau).
Sifat pemampatan ini berupa adanya perubahan volume pori akibat
proses keluarnya air dari dalam pori tanah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 17
Pada lapisan yang terdiri dari pasir akan segera terjadi penurunan yang
hampir menyeluruh dalam waktu singkat setelah bekerjanya beban/
tekanan. Penurunan disini umumnya kecil. Dalam lapisan yang terdiri
dari butiran halus (lempung), maka penurunan akan agak besar dan
biasanya makan waktu yang lama, oleh karena itu penelitian
konsolidasi umumnya terhadap lapisan tanah berbutir halus.
Besarnya penurunan tergantung pada kecenderungan sifat tanah dapat
dirembes dan ditekan atau tergantung pada koefisien rembesan dan
koefisien konsolidasi.
…...……………………………………………………....…… (2.13)
………………………………………………………………… (2.14)
………………………………………………....… (2.15)
keterangan ;
C v = koefisien konsolidasi (cm2/sekon)
k = koefisien rembesan
γw = berat isi air
m v = koefisien pengecilan isi
a v = koefisien pemampatan
e = angka pori sebelum ada tambahannya tekanan (p)
eo = angka pori sesudah ada tambahannya tekanan (p)
p = tekanan tambahan
Selanjutnya dapat ditulis sebagai berikut :
h
h
p
.
1 ………………………………… (2.16)
keterangan :
h = tebal contoh tanah sebelum penambahan beban
h = selisih tebal contoh tanah sebelum dan sesudah adanya penambahan
beban.
)1(1 00 ep
e
e
av
vm
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
18 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
2.3 Penentuan Parameter Desain
Penentuan koefisien permeabilitas sebagai data masukan untuk analisis
rembesan harus dilakukan setelah melakukan evaluasi berdasarkan evaluasi
hasil penyelidikan, termasuk hasil pengujian lapangan dan metoda yang
digunakan dalam pengujian, serta hasil pengujian di laboratorium.
Untuk perhitungan rinci, penentuan koefisien permeabilitas sebaiknya dilakukan
secara hati-hati, misalnya, pengambilan koefisien permeabilitas untuk
pengeringan fondasi (dewatering) dari suatu konstruksi yang kondisi lapisan
fondasinya porous dan cukup kompleks. Dalam kondisi seperti ini,sebaiknya
penentuan nilai koefisien permeabilitas dilakukan menggunakan metode
pengujian lapangan dengan pumping out test.
2.4 Latihan
1. Sebutkan hal-hal yang harus diperhatikan selama penyelidikan lapangan
khususnya mengenai masalah rembesan!
2. Apakah yang mendasari adanya 2 (dua) tipe kondisi air tanah yang sering
dijumpai di lapangan (Unconfined dan Confined) ?
3. Jelaskan mengenai Uji Packer!
2.5 Rangkuman
Penyelidikan lapangan dilakukan dalam rangka memperoleh sifat fisik dan
sifat teknik, baik untuk tubuh dan fondasi bendungan guna menentukan
parameter desain sebagai masukan pada analisa rembesan.
Beberapa hal yang harus diperhatikan selama penyelidikan, khususnya
mengenai masalah rembesan, antara lain :
a) Pemetaan lapangan untuk memperoleh pemetaan geologi dari tapak
bendungan dan luas genangan waduk.
b) Penyelidikan bawah tanah berupa pemboran diikuti pengambilan contoh
tanah perlu dilakukan untuk memperoleh perlapisan tanah dan jenis
tanah/batuan serta untuk mengetahui alur rembesan di bagian fondasi
suatu bendungan.
c) Pengujian lapangan dapat dilakukan dalam investigasi rembesan,yaitu
cara pengujian permeabilitas dari tanah/batuan,penggunaan kamera di
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 19
dalam lubang bor untuk mengevaluasi rekahan, kekar, dan alur rembesan
serta caliper logs dan berbagai jenis logs yang dapat membantu dalam
melakukan evaluasi material di dalam lubang spesifik dan diantara lubang-
lubang dll.
d) Investigasi geofisik digunakan dalam investigasi rembesan mencakup
metoda permukaan dan downhole yang cukup murah. Teknik ini
memerlukan suatu verifikasi yang spesifik (lubang-lubang bor, contoh
tanah, peta geologi, elevasi muka air, dll) disamping petugas yang
berpengalaman untuk melakukan interpretasinya.
Dikenal dua tipe kondisi air tanah yang sering di jumpai di lapangan yaitu
kondisi Unconfined dan Confined. Pengujian permeabilitas terhadap kedua
kondisi ini masing-masing adalah Uji Pemompaan Unconfined dan Confined.
Kedua kondisi ditentukan berdasarkan perubahan tinggi tekanan yang terjadi
dalam suatu sumur (well), lubang bor atau sumur uji (test pit).
Uji permeabilitas lainnya di Lapangan adalah Uji Packer yaitu Pengujian pada
batuan keras yang dapat menahan tekanan "packer" (penyekat),dengan cara
melakukan injeksi air ke dalam lubang bor untuk mendapatkan koefisien
kelulusan air dan nilai Lugeon dari batuan tersebut.Pengujian dilakukan
melalui lubang bor yang telah dibuat sebelumnya.
Uji permeabilitas di laboratorium dilakukan terhadap contoh-contoh tanah
untuk melengkapi dan mendukung hasil investigasi atau uji lapangan. Uji
permeabilitas di Laboratorium adalah :
a. Uji tinggi tetap ( Constant Head) untuk Tanah Berbutir Kasar
b. Uji tinggi jatuh (Falling Head ) untuk Tanah Berbutir Halus
c. Uji Konsolidasi
Penentuan besarnya nilai koefisien permeabilitas sebagai masukan dalam
analisis rembesan harus ditentukan berdasarkan evaluasi hasil pengujian
lapangan dan metoda yang digunakan dalam pengujian, serta hasil pengujian di
laboratorium untuk suatu konstruksi yang kondisi lapisan fondasinya porous dan
cukup kompleks.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
20 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
2.6 Evaluasi
Pilihlah 1 (satu) jawaban yang paling benar dari soal-soal berikut di bawah ini!
1. Parameter desain sebagai masukan pada analisa rembesan ditentukan
melalui penyelidikan lapangan untuk mengetahui…..
a. Sifat fisik tubuh dan fondasi bendungan
b. Sifat teknik tubuh dan fondasi bendungan
c. Sifat fisik dan teknik tubuh dan fondasi bendungan
d. Sifat fisik dan teknik fondasi bendungan
2. Penentuan besarnya nilai koefisien permeabilitas di lapangan dapat
dilakukan melalui uji…..
a. Uji pemompaan Unconfined dan Confined
b. Uji pemompaan Confined dan Uji Packer
c. Uji Konsolidasi
d. Jawaban a dan b
3. Uji permeabilitas di Laboratorium yang paling cocok untuk Tanah
Berbutir Halus adalah…..
a. Uji tinggi jatuh (Falling Head )
b. Uji tinggi konstan ( Constant Head )
c. Uji Konsolidasi
d. Uji Packer
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 21
BAB III
JARINGAN ALIRAN
3.1 Umum
Semua jenis tanah dapat dilalui oleh air melalui pori-pori tanah. Tekanan air
pori diukur relatif terhadap tekanan udara (atmosfir) dan bila permukaan
didalam tanah sama dengan tekanan atmosfir, maka hal itu disebut muka air
tanah atau muka air freatik. Tanah yang ada dibawah muka air tanah,
biasanya dalam keadaan jenuh sempurna dengan tingkat penjenuhan
mendekati 100%.
Permeabilitas atau kelulusan air tergantung dari ukuran rata-rata butiran tanah
yang mempunyai hubungan dengan pembagian butiran tanah, bentuk partikel
dan struktur tanah.
Apa yang disebut dengan
permeabilitas ?
Suatu ukuran dari kemudahan cairan (a.l., air) dapatmelewati media porus (e.g., tanah)
Tanah lepas
- mudah mengalir
- permeabilitas tinggi
Tanah rapat (dense)
- sulit mengalir
- Permeabilitas rendah
air
Gambar 3.1. Aliran Air Melalui Pori-Pori Tanah
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan jaringan
aliran.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
22 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Pada umumnya, semakin kecil ukuran partikel tanah,semakin rendah koefisien
permeabilitas (k) atau kelulusan airnya.
Nilai tipikal koefisien permeabilitas (k) atau kelulusan air dari berbagai jenis
tanah adalah sebagai berikut :
Kerikil : >1 cm/s
Pasir campur kerikil : 10-2 - 1 cm/s
Pasir halus, lanau dan lanau lempung : 10-5-10-7 cm/s
Lempung dan lanau lempung :< 10 - 5 cm/s
Nilai koefisien permeabilitas (k) atau kelulusan air dapat diperoleh dari
pengujian di laboratorium dan pengujian lapangan.
Air dalam tanah didapatkan dalam bentuk:
a) air bebas (gravitational water)
b) air tanah (ground water)
c) air higroskopis
Air bebas adalah air yang masuk ke dalam tanah melalui permukaan dan
bergerak ke bawah sebagai akibat dari gaya gravitasi sampai mencapai
lapisan yang tak dapat dirembesi. Permukaan air ini disebut sebagai
permukaan air tanah. Tekanan pada permukaan air tanah = 1 atmosfir. Air
yang terdapat dibawah muka air tanah dinamakan air tanah,dan berada di
dalam pori-pori, akibat gaya tarik-menarik antar molekul serta dinamakan air
higroskopis.
Pori-pori yang terdapat dalam tanah bukanlah merupakan pori-pori yang
saling terpisah, sehingga air yang berada di dalam pori-pori dapat mengalir
melalui ruang antar pori.
Proses mengalirnya air dalam pori-pori tanah tersebut dinamakan rembesan
(seepage), sedangkan kemampuan tanah untuk dapat dirembesi disebut daya
rembes atau permeabilitas (permeability).
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 23
Daya rembes penting dalam teknik sipil, karena memegang peranan dalam
hal seperti :
a) kemungkinan bocor pada suatu bendungan
b) menentukan besar dan tingkat penurunan (settlement) yang mungkin
terjadi.
c ) kestabilan lereng galian tanah
d) kecepatan rembesan yang mungkin dapat menimbulkan erosi yang
berbahaya.
Faktor-faktor yang mempengaruhi rembesan antara lain:
a ) ukuran partikel
b) kadar pori
c) susunan tanah
d) struktur tanah
e) derajat kejenuhan
Kegagalan-kegagalan bendungan di masa lalu, adalah disebabkan oleh
kurangnya suatu pola yang logis dan konsisten untuk melakukan analisis dan
mengantisipasi masalah-masalah rembesan. Rumus-rumus empiris
berdasarkan suatu pengamatan yang baik dan kinerja yang buruk,walau
beberapa memang membantu,tetapi sering tidak dapat diaplikasikan pada
material timbunan, fondasi, dan lingkungan yang berbeda meskipun sedikit.
Air di dalam waduk selalu mencari jalan keluar melalui alur terlemah; alur
tersebut dapat melalui tubuh, fondasi atau sekitar tumpuan bendungan.
Masalah rembesan yang dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan dapat
terjadi akibat :
a) Tekanan angkat berlebihan,
b) Piping,
c) Erosi internal,
d) Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah melarut,
e) Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan
terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing)
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
24 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
3.2 Teori Rembesan
Tahun 1856, Henry Darcy, seorang ahli hidraulika dari Perancis mengadakan
suatu percobaan aliran air yang melalui suatu lapisan tanah. Karena aliran air
dalam lapisan tanah mempunyai kecepatan yang kecil sekali, maka aliran
tersebut dapat dianggap sebagai aliran laminer. Darcy mendapatkan bahwa
besarnya kecepatan aliran yang mengalir masuk ataupun keluar dari lapisan
tanah sebanding dengan gradien hidrauliknya.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada hukum Darcy, adalah :
a) Kecepatan aliran Vd adalah kecepatan aliran fluida dan didefinisikan
sebagai jumlah kotor aliran yang mengalir melalui luas penampang massa
tanah dalam satuan waktu tertentu. Karena aliran hanya terjadi melalui
pori-pori tanah, aliran air yang riil atau kecepatan rembesan (Vs) untuk
suatu molekul tunggal dari air yang melalui suatu alur unik dari pori-pori
tanah adalah lebih besar dibandingkan dengan kecepatan debitnya.
b) Kecepatan rembesan secara kasar adalah sama dengan kecepatan debit
dibagi dengan porositas tanah.
c) Hukum Darcy hanya berlaku untuk aliran laminer (aliran-aliran air yang
berdekatan saling sejajar dan lurus serta kecepatan aliran Vd adalah
proporsional dengan gradien hidraulis, i). Hukum ini berlaku untuk
kebanyakan tanah, tetapi aliran melalui kerikil kasar dan bukaan dalam
batuan dapat berubah menjadi turbulen dan Vd akan proporsional dengan
akar kuadrat dari i.
d) Hukum Darcy dibatasi untuk aliran melalui material yang jenuh. Aliran
melalui material yang tak jenuh adalah dalam kondisi ”transient” yang
tergantung dari waktu (time dependent).
e) Hukum Darcy tidak cocok untuk aliran melalui retakan atau rekahan dari
batu atau tanah.
Hukum Darcy dapat ditulis sebagai berikut :
Q = k i A ..........................................................................................(3.1)
keterangan:
Q = volume aliran air persatuan waktu yang masuk ataupun keluar.
K = konstanta yang dikenal sebagai koefisien permeabilitas
i = gradien hidrolik
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 25
A = luas penampang tanah yang dilewati
h1 – h2 = perbedaan tinggi muka air pada kedua ujung contoh tanah
L = panjang lapisan tanah yang dirembesi
Q = A
L
h2) - (h1 k ………………………………………….... (3.2)
Q/A = v = ki ……….........…………………………………..(3.3)
v = kecepatan aliran
Gambar 3.2. Aliran Air di Dalam Butiran Tanah, Menurut Darcy
Luas penampang A terdiri dari luas butir As dan luas pori Av. Air akan
merembes melalui pori-pori dengan kecepatan sebesar Vs (=seepage
velocity).
V = v masuk = v keluar Q = A v = Av Vs
Vs =
vA
v A ……………………………………………………(3.4)
Vs =
L A
v L A
v
=
pV
v V …………………………………………... (3.5)
porositas = n = Vp/V
Vs =
n
V …………………………………………………… (3.6)
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
26 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Vs =
n
i k …………………………………………………… (3.7)
0% ≤ n ≤ 100%, jadi Vs selalu ≥ v
Hukum Darcy mempunyai banyak aplikasi dalam analisis rembesan,
termasuk:
a) Penentuan permeabilitas, baik di lapangan maupun di laboratorium.
b) Memprediksi jumah aliran laminer.
Dengan menambahkan sedikit modifikasi, hukum Darcy dapat diaplikasikan
untuk aliran turbulen, transient dan aliran jenuh sebagian.
3.2.1 Aliran Langgeng
a) Aliran Rembesan 2-D
Untuk menentukan besarnya rembesan secara grafis, lebih dahulu harus
dikenali apa yang disebut dengan garis aliran dan garis ekipotential. Garis
aliran adalah garis yang akan dilalui oleh air yang merembes masuk ke
dalam tanah dari bagian hulu ke bagian hilir. Garis aliran dapat digambar
pada setiap titik dimana air mulai merembes. Setiap garis aliran
mempunyai nilai k yang sama.
Didalam tanah yang dirembesi air dapat diukur tinggi potential pada setiap
titik. Garis yang menghubungkan titik-titik dengan tinggi potential yang
sama dinamakan garis ekipotential. Pisometer yang dipasang pada setiap
titik yang terletak pada garis ekipotential yang sama akan menunjukan
tinggi permukaan air yang sama ( h sama).
Grafik yang menggambarkan garis-garis aliran dan ekipotential dinamakan
jaringan aliran (flow net). Jaringan aliran dipergunakan untuk menghitung
banyaknya rembesan yang mungkin terjadi.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 27
Gambar 3.3. Garis Aliran dan Ekipotensial Dari Jaringan Aliran
Seperti telah dijelaskan di depan, untuk aliran yang laminer, berlaku
hukum Darcy : q = A k i
q = debit air yang melalui penampang massa tanah A
k = koefisien permeabilitas
i = gradien hidraulik
Tinjau satu unit lebar dari tanah dimana q = 1 unit rembesan yang melalui
celah antara 2 garis aliran, maka :
q = b x l x k i
= b k i
bl
hkq
..............................................................(3.8)
keterangan :
b = jarak antara 2 garis aliran
l = jarak antara 2 garis ekipotential
h = kehilangan enersi potential antara 2 garis ekipontial yang
berurutan
Garis-garis aliran dan ekipotential saling berpotongan tegak lurus dan
membentuk bagian-bagian yang mendekati bujur sangkar.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
28 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Pada jaringan aliran tidak ada bagian yang benar-benar bujur sangkar,
kebanyakan hanya mendekati, dan juga kadang-kadang terdapat pula
yang berbentuk segitiga. Akan tetapi ketelitian perhitungan dengan cara
grafis ini dapat dicapai dengan cara menggambarkan garis aliran yang
cukup banyak (5 atau 6 garis).
Jika bagian pembagi garis-garis ekipotential adalah Nd, maka :
dn
hh
Jika bagian pembagi garis-garis aliran adalah Nf, maka :
fN
Sehingga diperoleh banyak (debit) rembesan, q :
Nd
Nfkhq ................................................................. ....... (3.9)
Aliran air melalui media yang lulus air adalah merupakan satu dari
beberapa bentuk aliran air yang mengikuti hubungan dasar yang sama,
yang ditunjukkan oleh persamaan Laplace. Dalam 2-D, persamaan
Laplace dapat diselesaikan dengan menggambarkan dua kurva yang
memotong tegak lurus membentuk pola seperti bujur sangkar, yang
disebut “ jaring-jaring aliran atau flownet ”. Dari flownet dapat diperoleh
tekanan dan debit aliran.
Kemampuan dalam menggambar jaring aliran (flownet) berdasarkan dari
praktek dan hasil akhir gambar flownet yang telah diperbaiki (cara coba-
coba). Meskipun penggambaran flownet dilakukan secara kasar, namun
masih dapat menghasilkan estimasi debit rembesan yang masuk akal.
Upaya yang lebih teliti dilakukan untuk menentukan gradien keluaran (exit
gradient) yang cukup teliti. Hal ini memerlukan pengetahuan dasar flownet
dan analis rembesan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 29
Flownet adalah salah satu metoda yang sangat bermanfaat untuk
menyelesaikan persamaan Laplace. Suatu flownet adalah merupakan 2
garis atau kurva yang saling berpotongan saling tegak lurus (orthogonal).
Satu set flownet merupakan alur/garis aliran (flowlines) melalui media
porous dan garis lainnya yang tegak lurus garis aliran,yang menunjukkan
lokasi titik-titik yang mempunyai tekanan pisometrik yang sama
(equipotential lines).
Gambar 3.4. Flownet dari Sheetpiles Pada Lapisan yang Porous
Untuk menggambar suatu flownet, beberapa sifat yang harus diambil
sebagai acuan, adalah :
1) Geometri media porous.
2) Terdapat kondisi batas.
3) Asumsi yang diperlukan untuk menyelesaikan persamaan Laplace
4) Kondisi permeabilitas yang anisotropis.
Flownet dapat digambarkan untuk kondisi-kondisi aliran bebas dan aliran
tertekan, untuk kondisi permeabilitas anisotropis, aliran transient dan
penampang komposit, seperti fondasi yang berlapis-lapis (stratifikasi) dan
bendungan jenis zonal. Flownet juga menggambarkan distribusi tekanan-
tekanan dan arah aliran. Berdasarkan pengetahuan mengenai tekanan
hidraulik dan permeabilitas media yang porous, flownet dapat memberikan
informasi penting mengenai stabilitas dan debit rembesan, gradien
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
30 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
keluaran, gaya-gaya rembesan dan tekanan-tekanan angkat yang bekerja
di dasar bangunan. Seperti contoh pada Gambar 3.4, debit rembesan
adalah :
q = Kh Nf = Kh 4 = Kh .............................................. (3.10)
Nd 8 2
b) Aliran Rembesan 3-D
Rembesan air di dalam tanah dalam keadaan sebenarnya terjadi
kesegala arah, tidak dalam arah vertikal atau horisontal saja, serta
besarnya aliran tidak sama untuk setiap penampang yang ditinjau.
Tinjauan umumnya dilakukan untuk kondisi tanah dengan aliran keadaan
tunak/ aliran langgeng (steady state) yaitu aliran dalam kondisi dengan
asumsi sebagai berikut :
1) Tanah jenuh
2) Gradien tekanan tetap
3) Massa tanah tetap
4) Kecepatan aliran tetap
Elemen A berbentuk kubus seperti pada gambar di bawah dengan rusuk-
rusuknya dx, dy, dz dan terletak pada aliran keadaan tunak.
Gambar 3.5. Teori Jaringan Aliran 3-D
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 31
qxi, qyi, qzi = banyaknya aliran air yang masuk ke dalam elemen A
dalam arah x,y,z.
qxo, qyo, qzo = banyaknya aliran air yang keluar dari elemen A dalam
arah x, y, z.
Koefisien rembesan dalam arah x, y, z, adalah kx, ky, kz.
Tinggi energi total dalam elemen adalah h.
Untuk aliran keadaan tunak (steady flow) rembesan masuk = rembesan
keluar.
Jika ditinjau 2 dimensi saja, umpamanya x-y dan y-z, dimana aliran
terbesar umumnya terjadi, maka diperoleh persamaan :
02
2
2
2
z
z
x
x
hk
hk ....................................................... (3.11)
Jika tanah isotropis, maka kx = kz
02
2
2
2
zx
hh .............................................................................(3.12)
Persamaan Laplace memberikan hubungan dasar untuk aliran keadaan
tunak (steady flow) dalam tanah yang isotropis. Persamaan Laplace juga
menyatakan persamaan untuk 2 kelompok kurva yang saling berpotongan
tegak lurus. Kurva tersebut adalah kurva dari garis-garis aliran (flow lines)
dan garis ekipotensial (equipotential lines).
Metoda iterasi diperlukan untuk menyelesaikan persamaan diferensial
parsial untuk aliran 3-D. Penyelesaian numerik sering dilakukan dengan
menggunakan Finite Different atau Finite Element Method 2-D dan 3-D.
Metoda ini memerlukan program komputer yang canggih dan memerlukan
ahli teknik yang mempunai pengalaman cukup.
Kebanyakan masalah-masalah rembesan pada suatu bendungan dapat
diselesaikan menggunakan analisis 2-D, kadang-kadang dengan flownet
Persamaan ini dikenal dengan nama
persamaan kontinuitas Laplace
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
32 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
yang digambar dengan tangan. Namun, untuk masalah rembesan yang
kompleks memerlukan analisis 3-D.
Asumsi-asumsi yang digunakan dalam persamaan Laplace, adalah :
1) Tanah sebagai media lulus air adalah homogin,
2) Pori-pori tanah penuh terisi air (jenuh),
3) Tanah dan air bersifat tidak termampatkan (incompressible),
4) Aliran adalah laminar dan berlaku hokum Darcy.
Tanah yang akan dianalisis adalah bersifat homogin, sehingga tanah yang
berlapis-lapis (stratification) atau batuan yang mengalami perubahan
geologi akan berpengaruh terhadap kondisi rembesan, seperti contoh di
bawah:
1) Endapan tanah alluvial selalu bersifat berlapis-lapis (stratified) sampai
kedalaman tertentu, dan bahkan fondasi pasir yang kelihatannya
homogin mempunyai koefisien permeabilitas arah horisontal beberapa
kali lebih besar dibandingkan permeabilitas vertikal.
2) Koefisien permeabilitas batuan intact (solid) umumnya rendah, tetapi
permeabilitas massa batuan yang sama dapat lebih tinggi, karena
permeabilitas batuan massa dikontrol oleh diskontinyuitas massa,
seperti bedding plane, kekar, sesar dan zona geser (shear zone).
3) Permeabilitas massa batuan yang mudah larut dapat berubah dengan
cepat dengan waktu, karena terjadinya larutan aktif akibat rembesan
yang sedang berlangsung atau akibat rembesan yang menggerus
material pengisi yang lunak yang biasanya terdapat di dalam alur
pelarut yang ada.
4) Timbunan yang kelihatannya homogin mempunyai permeabilitas arah
horisontal yang besarnya antara 4 – 9 kali permeabilitas vertikal,
karena timbunan dipadatkan lapis demi lapis arah horisontal.
5) Permeabilitas diasumsikan tidak menimbulkan masalah yang
potensial, karena massa timbunan tahan terhadap retakan dan erosi
internal.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 33
Faktor-faktor yang mempengaruhi permeabilitas pada analisis rembesan
bendungan, adalah sebagai berikut :
1) Derajat penjenuhan media porous,
2) Ukuran butir dan bentuknya (bundar atau bersudut),
3) Berat si tanah,
4) Pengaturan butiran atau struktur; termasuk stratifikasi, floculated
structure dalam lempung, lanau dan pasir halus yang porous,
collapsible soil seperti loess,
5) Gradasi ukuran butir; pasir atau kerikil bergradasi buruk (seragam)
jauh lebih pervious dibandingkan yang bergradasi baik pada ukuran
D50 yang sama. Banyak dan jenis butiran halus (lulus saringan no.200)
sangat mempengaruhi permeabilitasnya. Suatu persentase kecil
butiran halus dapat membuat pasir dan kerikil yang bergradasi baik
menjadi kedap air secara efektif.
Model komputer digunakan untuk menyelesaikan persamaan Laplace
untuk aliran yang kompleks. Dua metoda utama dari model numerik
tersebut adalah fine difference dan finite element method. Keduanya
dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah rembesan 2-D dan 3-D.
Masalah rembesan yang sederhana dapat diselesaikan dengan
menggunakan tangan/ manual, tetapi masalah yang lebih rumit dapat
diselesaikan dengan bantuan komputer. Kedua cara di atas menggunakan
sistim grid untuk membagi-bagi daerah aliran ke dalam elemen terpisah
(discrete element). Elemen yang saling berpotongan disebut node.
Pada sistim lain, suatu seri persamaan aljabar digunakan untuk
menyelesaikan persamaan Laplace. Pada FEM, bila grid terdiri dari N
elemen, terdapat N persamaan dengan N yang tak diketahui yang harus
diselesaikan. Keuntungan dari cara numerik ini adalah :
1) Masalah rembesan 2-D dan 3-D, termasuk perlapisan dan sifat
stratifikasi dan kantung-kantung material dapat dimodelkan.
2) Pada zona dimana gradien rembesan atau kecepatannya tinggi, dapat
dimodel lebih teliti dengan menggunakan berbagai ukuran elemen.
3) Tidak diperlukan transformasi dimensi atau properti.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
34 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
4) Hasil dapat dicetak dalam digital untuk memudahkan plotting flownet.
5) Berbagai program mempunyai opsi-opsi dan kapasitas untuk
perhitungan gaya-gaya rembesan dan mengatasi aliran transient dan
ketergantungan waktu serta berbagai tingkat kejenuhan.
Persamaan Laplace 3-D ditunjukkan oleh persamaan di bawah.
δ2h + δ2h + δ2h = 0 .............................................................. (3.13)
δx2 δy2 δz2
Metoda iterasi diperlukan untuk menyelesaikan persamaan diferensial
parsial untuk aliran 3-D. Penyelesaian numerik sering dilakukan dengan
menggunakan Finite Different atau Finite Element Method 2-D dan 3-D.
Metoda ini memerlukan program komputer yang canggih dan memerlukan
ahli teknik yang mempunai pengalaman cukup. Kebanyakan masalah-
masalah rembesan pada suatu bendungan dapat diselesaikan
menggunakan analisis 2-D, kadang-kadang dengan flownet yang
digambar dengan tangan. Namun, untuk masalah rembesan yang
kompleks memerlukan analisis 3-D.
3.2.2 Aliran Melalui Rekahan (Fracture Flow)
Permeabilitas Darcy tidak berlaku untuk aliran air melalui rekahan terbuka,
kekar-kekar, atau retakan lain dalam batuan atau tanah. Melakukan evaluasi
aliran melalui rekahan adalah cukup kompleks, karena aliran tergantung dari
bentuk geometri rekahan, kekasaran rekahan, isi rekahan dan ukuran
bukaannya. Jadi, masalah rekahan tersebut memerlukan penyelidikan yang
intensif untuk solusinya. Penyederhanaan masalah sering digunakan,
termasuk penyederhanaan masalah supaya hukum Darcy berlaku dengan
menggunakan suatu ”bulk” konduktivitas hidraulis (bulk hydraulic conductivity)
untuk massa batuan yang banyak mengandung rekahan.
Aliran melalui rekahan tanah akan mengakibatkan terjadinya erosi internal.
Melakukan evaluasi terhadap potensi erosi internal sering dilakukan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 35
berdasarkan pengalaman/empiris, karena model matematis belum tersedia
serta masalah dalam memodelkan karakter dari rekahan itu sendiri. Evaluasi
sering mempertimbangkan apakah perbaikan yang didesain dan
dilaksanakan berdasarkan asumsi bahwa erosi internal benar-benar akan
menimbulkan masalah.
Aliran rekahan dapat menjadi pola yang dominan dari rembesan melalui
fondasi dan tumpuan yang berupa batuan. Hal tersebut juga merupakan suatu
pola utama dari transportasi aliran terhada erosi internal. Hukum Darcy tidak
berlaku untuk aliran melalui suatu rekahan terbuka, seperti yang diturunkan
dari aliran melalui kolom pasir homogin. Meskipun begitu, persamaan Darcy
dan Laplace secara pendekatan berlaku untuk aliran melalui suatu rekahan
massa batu yang seragam, bila volume batuan yang ditinjau adalah rekahan
yang seragam dan dapat dianggap bersifat isotropis. Metoda ini digunakan
untuk menyelesaikan persamaan Laplace dan permeabilitas Darcy yang
digunakan dalam persamaan Darcy yang sensitif terhadap pengaruh skala.
Rekahan bervariasi dari tingkat anisotropis tinggi hingga ke tingkat yang relatif
rendah, tergantung dari ukuran dan skala volume batuan yang ditinjau serta
spasi dari rekahan yang berhubungan. Dengan alasan tersebut, analisis
masalah aliran melalui rekahan harus dilakukan oleh seorang ahli yang
berpengalaman.
Dalam bentuk yang sederhana, aliran rekahan dapat didekati sebagai aliran
melalui bidang lempeng yang paralel. Penelitian aliran melalui lempeng paralel
tersebut menghasilkan suatu persamaan untuk menentukan konduktivitas
hidraulis dari suatu rekahan. Konduktivitas hidraulis dari suatu rekahan (kf)
adalah sebagai berikut :
Kf = ρ g a2 ...................................................................(3.14)
12f μ
keterangan :
a = ukuran rekahan
μ = kekentalan cairan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
36 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
f = faktor kekasaran rekahan (friksi)
ρ = kerapatan cairan
g = gravitasi
Debit aliran yang melalui rekahan (Q) adalah tergantung dari gradien hidraulis,
konduktivitas rekahan dan luas penampang bagian yang tegak lurus aliran
yang ditunjukkan oleh persamaan berikut ini :
Q = VA ................................................................. (3.15)
keterangan :
V = kfi ( v adalah kecepatan aliran dan i adalah gradien hidraulik)
A = La ( L adalah panjang rekahan, a adalah lebar dan A luas penampang
rekahan).
Dalam dimensi metrik (m3), persamaan tersebut menjadi :
Q = ρ g i L a3 ............................................................(3.16)
12f μ
Kekasaran permukaan kekar dan sinusitis alur kekar akan mempengaruhi
aliran. Bukaan kekar ketika dibebani oleh tekanan hidrostatis akan menambah
debit aliran yang melalui kekar-kekar. Bentuk geometri kekar dan pengaruh
turbulen akibat aliran yang terpusat akan mengurangi aliran melalui suatu
jaringan kekar. Variasi di dalam material yang mengisi kekar juga dapat
mengurangi aliran. Kekar-kekar tidak tersebar dalam luas yang tak terbatas
dan biasanya mempunyai lebar yang bervariasi.
Pada saat ini ada dua metoda yang digunakan untuk menyederhanakan
masalah aliran melalui rekahan, yakni analisis pemisahan (discrete analysis)
dan metoda media homogin (equivalent homogeneous medium). Analisis
discrete digunakan bila kondisi lapangan memungkinkan untuk
menyederhanakan karakter dari sistim kekar. Persamaan aliran melalui
rekahan dapat digunakan dengan mengakomodasi pengaruh kekar-kekar
yang saling memotong, kekasaran kekar dan jaringan geometrinya. Beberapa
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 37
program model aliran melalui rekahan yang tersedia di pasar dapat digunakan
untuk memecahkan masalah aliran discrete ini.
Bila jaringan rekahan terlalu kompleks dan luas untuk dijadikan model
discrete, hal tersebut dapat disederhanakan sebagai aliran ekivalen melalui
media porus yang homogin. Jadi, pengujian pemompaan (large-scale pumping
test) harus digunakan untuk menentukan parameter konduktivitas hidraulis
rata-rata yang mewakili rekahan massa batuan yang luas.Persamaan standar
untuk aliran melalui media porous homogin dapat digunakan untuk
menyelesaikan masalah rembesan tersebut. Hal ini adalah merupakan suatu
asumsi yang digunakan pada rekahan batuan yang seragam pada desain
yang mengandung factor-faktor ketidak tentuan yang tinggi.
3.2.3 Aliran Tidak Jenuh
Aliran air melalui suatu media porous (tanah) yang tidak jenuh telah diteliti
dengan menggunakan persamaan-persamaan yang berbeda, termasuk
persamaan Green-Ampt dan lain-lainnya. Aliran tak jenuh tidak sering
menimbulkan masalah yang mempengaruhi keamanan bendungan. Informasi
lebih jauh mengenai masalah ini diuraikan dalam buku-buku rujukan, antara
lain “Dynamics of fluids in porous media” oleh Jacob Bear, “Groundwater” oleh
Freeze and Cherry, “Groundwater Hidrology” oleh Bouwer, dan lain-lainnya.
3.3 Informasi, Data dan Kondisi Batas
Validitas dan kualitas dari analisis rembesan tergantung dari informasi yang
tersedia sebagai masukan ke dalam analisis, antara lain meliputi :
a) Lokasi batasan dan alur aliran,
b) Jenis aliran,
c) Permeabilitas dari berbagai material yang dlalui aliran rembesan.
Masalah-masalah rembesan timbul, karena informasi yang tersedia saat tahap
desain dan konstruksi bendungan sering tidak mencukupi untuk memprediksi
rembesan. Untuk itu, diperlukan pengamatan lapangan pasca konstruksi
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
38 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
sebagai tambahan informasi dalam mengatasi masalah rembesan yang
timbul.
Kondisi batas (boundary conditions) ini menentukan batas dan kondisi aliran
dari penampang yang dianalisis. Daerah batas mencakup lapisan fondasi
kedap air (tidak terjadi rembesan), bidang masuknya aliran dan bidang
keluaran rembesan, termasuk penentuan rembesan bersifat tetap atau
sementara (transient).
Kondisi dan lokasi daerah batas tersebut ditentukan oleh :
a) Investigasi lapangan dan geologi lapangan,
b) Asumsi berdasarkan ”engineering judgment”,
c) Kondisi yang diingikan desain dan jenis struktur,
d) Geometri bendungan.
Dalam banyak kasus, diperlukan simplifikasi asumsi untuk menentukan
kondisi batas. Beberapa kondisi batas tersebut dapat dilihat pada gambar di
bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 39
Gambar 3.6. Kondisi-Kondisi Batas
Bidang kontak antara media pervious yang jenuh dengan material di dekatnya
berupa tanah atau beton yang mempunyai koefisien permeabilitas rendah
dianggap sebagai kondisi batas yang kedap air dan diasumsikan bahwa aliran
rembesan tidak dapat menembus lapisan ini, sehingga aliran yang melalui
lapisan yang porous di dekatnya adalah sejajar dengan daerah batas tersebut.
Garis-garis AB dan 1-8 pada gambar 3.6A di atas adalah merupakan daerah
batas.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
40 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Garis-garis yang menentukan dimana air masuk atau keluar dari massa yang
porous disebut sebagai daerah pemasukan (entrance) dan daerah keluaran
(exit). Di sepanjang garis-garis ini (garis-garis 0-1 dan 8-G di Gambar 3.6A
serta garis-garis AD dan BE di Gambar 3.6B adalah merupakan garis-garis
potensial (mempunyai level pisometrik yang sama). Aliran tegak lurus bidang
pemasukan atau keluaran.
Massa pervious yang jenuh juga mempunyai suatu daerah kondisi batas yang
berhubungan dengan atmosfir dan air keluar di sepanjang bidang tersebut,
seperti garis GE di Gambar 3.6B. Tekanan di sepanjang bidang ini adalah
sama dengan tekanan atmosfir. Bidang ini disebut muka aliran atau bidang
rembesan.
Garis DG pada Gambar 3.6B adalah garis yang terletak di antara massa
pervious dimana air pada tekanan atmosfir. Garis ini disebut sebagai garis
freatik atau permukaan bebas (free surface). Material di bawah garis freatik
adalah dalam kondisi jenuh. Diasumsikan bahwa tidak ada aliran yang
memotong permukaan freatik, jadi aliran dalam massa porous di dekatnya
sejajar dengan garis freatik. Pada daerah batas kedap air serta pemasukan
dan keluaran, lokasi muka freatik tidak diketahui, sampai distribusi aliran di
dalam hassa pervious diketahui.
Gambar 3.6 di atas juga menunjukkan 2 kasus umum rembesan, yakni aliran
bebas (confined flow).Gambar 3.6A terjadi di dalam suatu massa pervious
jenuh di bawah suatu bendungan beton yang tidak mempunyai gais freatik.
Aliran tertekan (unconfined flow).Gambar 3.6B terjadi bila massa tanah
pervious mempunyai suatu garis freatik. Aliran bebas mempunyai semua
daerah batas yang pasti. Pada aliran tertekan, permukaan rembesan dan
garis freatik harus ditentukan dengan analisis atau dari pengamatan lapangan.
Seperti dijelaskan, hukum Darcy dan koefisien permeabilitas Darcy (k) hanya
berlaku untuk aliran laminer melalui media tanah yang porous. Untuk kerikil
berbutir kasar dan batu yang mempunyai alur aliran yang besar, aliran akan
bersifat turbulen, kecepatan aliran tidak proporsional dengan gradien hidraulis
dan hukum Darcy tidak berlaku. Masalah aliran turbulen ini dibahas lebih rinci
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 41
dalam buku rujukan Cedergren’s Seepage, Drainage and Flownets and the
US Army Corps of Engineers Manual Seepage Analysis and Control for Dams.
Tanah yang akan dianalisis adalah bersifat homogin, sehingga tanah yang
berlapis-lapis (stratification) atau batuan yang mengalami perubahan geologi
akan berpengaruh terhadap kondisi rembesan, seperti contoh di bawah:
a) Endapan tanah alluvial selalu bersifat berlapis-lapis (stratified) sampai
kedalaman tertentu dan bahkan fondasi pasir yang kelihatannya homogin
mempunyai koefisien permeabilitas arah horisontal beberapa kali lebih
besar dibandingkan permeabilitas vertikal.
b) Koefisien permeabilitas batuan intact (solid) umumnya rendah, tetapi
permeabilitas massa batuan yang sama dapat lebih tinggi, karena
permeabilitas batuan massa dikontrol oleh diskontinyuitas massa, seperti
bedding plane, kekar, sesar dan zona geser (shear zone).
c) Permeabilitas massa batuan yang mudah larut dapat berubah dengan
cepat seiring waktu, karena terjadinya larutan aktif akibat rembesan yang
sedang berlangsung atau akibat rembesan yang menggerus material
pengisi yang lunak yang biasanya terdapat di dalam alur pelarut.
d) Timbunan yang kelihatannya homogin mempunyai permeabilitas arah
horisontal yang besarnya antara 4 – 9 kali permeabilitas vertikal, karena
timbunan dipadatkan lapis demi lapis arah horisontal.
e) Permeabilitas diasumsikan tidak menimbulkan masalah yang potensial,
karena massa timbunan tahan terhadap retakan dan erosi internal.
Faktor-faktor yang mempengaruhi permeabilitas pada analisis rembesan
bendungan, adalah sebagai berikut :
a) Derajat penjenuhan media porous,
b) Ukuran butir dan bentuknya (bundar atau bersudut),
c) Berat si tanah,
d) Pengaturan butiran atau struktur; termasuk stratifikasi, floculated structure
dalam lempung, lanau dan pasir halus yang porous, collapsible soil seperti
loess,
e) Gradasi ukuran butir; pasir atau kerikil bergradasi buruk (seragam) jauh
lebih pervious dibandingkan yang bergradasi baik pada ukuran D50 yang
sama. Banyak dan jenis butiran halus (lulus saringan no.200) sangat
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
42 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
mempengaruhi permeabilitasnya. Suatu persentase kecil butiran halus
dapat membuat pasir dan kerikil yang bergradasi baik menjadi kedap air
secara efektif.
Ada beberapa metoda untuk menentukan permeabilitas yang diklasifikasikan
sebagai metoda empiris, laboratorium dan metoda lapangan.
Metoda tidak langsung sering digunakan untuk analisis awal, bila data
lapangan cukup teliti. Metoda ini berdasarkan korelasi antara permeabilitas
dan ukuran butiran yang dikenalkan oleh Hanzen untuk pasir filter yang
seragam dan bersih :
k = 100(D10)2 ........................................................................(3.17)
k adalah permeabilitas dalam cm/s dan D10 adalah ukuran bukaan dalam cm
dimana 10% lolos saringan. Contoh lain adalah persamaan permeabilitas oleh
NRCS untuk pasir dan kerikil yang relatif bersih :
k = 992(D15)2 ............................................................................(3.18)
k adalah permeabilitas dalam ft/hari dan D15 adalah ukuran bukaan dalam cm
dimana 15% lolos saringan.
3.4 Metoda Analisis
3.4.1 Umum
Penyelesaian terhadap kondisi aliran langgeng (steady seepage) dan aliran
laminer dapat diselesaikan berdasarkan persamaan Laplace dan Darcy.
Beberapa cara telah dikembangkan untuk menyelesaikan persamaan-
persamaan tersebut untuk berbagai kasus rembesan yang diringkas di bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 43
Gambar 3.7. Berbagai Metoda Analisis Rembesan (Seepage)
Penyelesaian matematis persamaan Laplace telah lama dilakukan dan
disederhanakan untuk aliran ke dalam sumuran (well) dari sumber yang radial.
Ada berbagai pendekatan dengan menggunakan variabel yang kompleks,
berbagai transformasi dan teknik pemetaan, cara fragmentasi, dll sebagai
penyelesaian masalah yang bervariasi. Pada umumnya, cara-cara tersebut
cukup kompleks. Namun, banyak masalah dan solusinya telah dibuatkan
berupa plot dan grafik, bila ada, yang dapat menemukan solusinya dengan
cepat.
3.4.2 Penyelesaian Numerik dengan Komputer
Model komputer digunakan untuk menyelesaikan persamaan Laplace untuk
aliran yang kompleks. Dua metoda utama dari model numerik tersebut adalah
finite difference dan finite element method. Keduanya dapat digunakan untuk
menyelesaikan masalah rembesan 2-D dan 3-D. Masalah rembesan yang
sederhana dapat diselesaikan dengan menggunakan tangan/manual, tetapi
masalah yang lebih rumit dapat diselesaikan dengan bantuan komputer.
Kedua cara di atas menggunakan sistim grid untuk membagi-bagi daerah
aliran ke dalam elemen terpisah (discrete element). Elemen yang saling
berpotongan disebut node.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
44 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Pada sistim lain, suatu seri persamaan aljabar digunakan untuk
menyelesaikan persamaan Laplace. Pada FEM, bila grid terdiri dari N elemen,
terdapat N persamaan dengan N yang tak diketahui dan harus diselesaikan.
Keuntungan dari cara numerik ini adalah :
a) Masalah rembesan 2-D dan 3-D, termasuk perlapisan dan sifat stratifikasi
dan kantung-kantung material dapat dimodelkan.
b) Pada zona dimana gradien rembesan atau kecepatannya tinggi, dapat
dimodel lebih teliti dengan menggunakan berbagai ukuran elemen.
c) Tidak diperlukan transformasi dimensi atau properti.
d) Hasil dapat dicetak dalam digital untuk memudahkan plotting flownet.
e) Berbagai program mempunyai opsi-opsi dan kapasitas untuk perhitungan
gaya-gaya rembesan dan mengatasi aliran transient dan ketergantungan
waktu serta berbagai penjenuhan.
Penggunaan metoda numerikal komputer dapat mempercepat perhitungan
dan saat ini banyak digunakan di banyak negara. Validitas hasil komputer
tergantung dari ketelitian dan kualitas data masukan dan pengetahuan dari
pengguna komputer sendiri. Model numerikal harus dikalibrasi terhadap
kondisi lapangan untuk memastikan sesuai dengan kondisi aktual lapangan.
Saat proses kalibrasi, parameter permeabilitas diperlukan untuk memperoleh
hasil yang sesuai dengan kondisi lapangan. Pengaturan nilai permeabilitas ini
harus reasonable atau model akan salah. Pemeriksaan lain terhadap ketelitian
model adalah dengan keseimbangan massa (mass balance), yakni massa
aliran dalam kondisi batas model versus aliran keluar.
3.5 Latihan
1. Informasi atau gambaran apakah yang dapat diperoleh dari Flownet?
2. Apakah hukum Darcy dapat digunakan untuk menghitung besarnya debit
rembesan yang terjadi pada berlaku pada kerikil dan rekahan batu.
Sebutkan alasannya!
3. Sebut minimal 3 (tiga) keuntungan dari analisa rembesan dengan
menggunakan cara numerik !
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 45
3.6 Rangkuman
Proses mengalirnya air dalam pori-pori tanah tersebut dinamakan rembesan
(seepage), sedangkan kemampuan tanah untuk dapat dirembesi disebut
daya rembes atau permeabilitas (permeability).
Faktor-faktor yang mempengaruhi rembesan antara lain:
a . Ukuran partikel
b. Kadar pori
c. Susunan tanah
d. Struktur tanah
e. Derajat kejenuhan
Masalah rembesan yang dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan pada
konstruksi khususnya Bendungan adalah akibat ;
a. Tekanan angkat berlebihan,
b. Piping,
c. Erosi internal,
d. Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah melarut,
e. Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan
terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing)
Darcy mendapatkan bahwa besarnya kecepatan aliran yang mengalir masuk
ataupun keluar dari lapisan tanah sebanding dengan gradien hidrauliknya.
Untuk menentukan besarnya rembesan secara grafis, terlebih dahulu harus
dibuat jaringan aliran atau flownet yang terdiri atas sekumpulan garis aliran
dan garis ekipotential yang masing-masing saling berpotongan tegak lurus.
Garis aliran adalah garis yang akan dilalui oleh air yang merembes masuk ke
dalam tanah dari bagian hulu ke bagian hilir. Garis aliran dapat digambar pada
setiap titik dimana air mulai merembes. Setiap garis aliran mempunyai nilai k
yang sama.
Garis ekipotensial adalah garis yang menghubungkan titik-titik dengan tinggi
potential yang sama. Pisometer yang dipasang pada setiap titik yang terletak
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
46 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
pada garis ekipotential yang sama akan menunjukan tinggi permukaan air
yang sama ( h sama).
Flownet menggambarkan distribusi tekanan-tekanan dan arah aliran,
memberikan informasi penting mengenai stabilitas dan debit rembesan,
gradien keluaran, gaya-gaya rembesan serta tekanan-tekanan angkat yang
bekerja di dasar bangunan.
Hukum Darcy dan koefisien permeabilitas Darcy (k) hanya berlaku untuk aliran
laminer melalui media tanah yang porous. Untuk kerikil berbutir kasar dan
batu yang mempunyai alur aliran yang besar, aliran akan bersifat turbulen,
kecepatan aliran tidak proporsional dengan gradien hidraulis dan hukum
Darcy tidak berlaku.
Berbagai metoda analisa rembesan ( seepage ) dapat dilakukan secara :
a. grafis dengan menggambarkan jaringan aliran atau flownet
b. analitis dengan menggunakan persamaan empiris dan matematik
c. numerik menggunakan Komputer
3.7 Evaluasi
Pilih 1 (satu) jawaban yang paling benar dari soal dibawah ini.
1. Hukum Darcy dapat digunakan untuk menghitung rembesan pada
aliran…..
a. Kondisi laminer saja
b. Kondisi turbulen saja
c. Kondisi laminer dan turbulen
d. Semua kondisi
2. Flownet merupakan jaringan aliran yang terdiri atas…..
a. Sekumpulan garis aliran dan garis ekipotensial yang sejajar
b. Sekumpulan garis aliran yang saling berpotongan tegak lurus
c. Sekumpulan garis ekipotensial yang saling berpotongan tegak lurus
d. Sekumpulan garis aliran dan garis ekipotensial yang saling
berpotongan tegak lurus
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 47
3. Berbagai metoda analisa rembesan ( seepage ) dapat dilakukan
secara…..
a. Grafis dengan menggambarkan jaringan aliran atau flownet
b. Analitis dengan menggunakan persamaan empiris dan matematik
c. Numerik menggunakan komputer
d. Semua jawaban benar
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
48 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 49
BAB IV
REMBESAN MELALUI BENDUNGAN
4.1 Garis Phreatic dan Flownet
Jaringan aliran untuk bendungan tanah yang fondasinya berupa tanah yang
kedap air dapat digambarkan mengikuti prosedur yang telah dibicarakan
terdahulu, hanya saja haruslah diperhatikan beberapa hal sebagai berikut :
Gambar 4.1. Jaringan Aliran Pada Bendungan yang Homogen
a) Dinding bendungan yang berbatasan dengan air merupakan garis
ekipotential batas (garis AD).
b) Dasar tempat bendungan tanah yang diletakan di atas tanah yang kedap
air merupakan garis aliran batas (garis DC).
c) Garis AB merupakan garis aliran paling atas, disebut juga garis phreatic
atau top flow line. Rembesan pada bendungan terjadi di bawah garis ini.
Garis ini juga merupakan batas daerah yang jenuh dan yang kering.
Bentuk garis phreatic berbeda - beda sehubungan dengan ada atau
tidaknya filter, dan dimana letak dari filter tersebut.
Gambar di bawah ini, menunjukkan bentuk lain dari penampang melintang
bendungan tanah beserta garis phreatic –nya.
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan rembesan
melalui bendungan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
50 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.2. Bermacam-Macam Garis Freatik Pada Bendungan Urugan Tanah
Penggambaran garis aliran paling atas atau top flow line dapat dilakukan
menurut Casagrande, yakni garis phreatic.Garis ini berbentuk parabola,
seperti digambarkan di bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 51
Gambar 4.3. Penentuan Titik Fokus dan Direktris Untuk Pembuatan Garis
Freatik/ Phreatic
Sesuai gambar di atas dapat dilihat karakteristik dasar dari parabola,yaitu
bahwa setiap titik pada parabola mempunyai jarak yang sama ke titik focus F
dan ke garis direktriks CE,sehingga AF = AB,dan DF = DC.
Titik O merupakan titik sumbu koordinat x y
DC = p/2 + x
(FD)2 = y2 + (x - p/2)2
Karena DF = DC, maka :
(p/2 + x)2 = y2 + (x - p/2)2
y 2 = 2px, dimana 2p merupakan parameter dari parabola.
a) Cara menggambarkan garis phreatic pada bendungan tanah dengan
filter horizontal menurut metoda Casagrande
Prosedur penggambaran adalah sebagai berikut :
1) Ambil CS = 1/3 HS
2) Titik fokus (titik F) diasumsikan sebagai bagian ujung dari filter.
Dari titik G sebagai pusat lingkaran dibuat busur lingkaran dengan
radius = GF yang memotong perpanjangan garis HS di I. Diperoleh
GF = GT (sifat parabola).
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
52 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.4. Penggambaran Garis Preatik Pada Suatu Bendungan Tanah Homogen
3) Garis vertikal melalui I merupakan garis direktriks (garis EI).
4) Titik 0 tengah-tengahnya F dan E. Titik 0 dan G terletak pada
parabola.
5) Tentukan beberapa titik bantu lainnya dengan mengingat sifat
parabola yaitu jarak setiap titik ke fokus dan ke garis bisektris adalah
sama.
Caranya sebagai berikut :
- Ambil sembarang titik N pada dasar bendungan dan tarik garis
vertikal melalui N.
- Busur lingkaran yang dibuat dari titik F dengan radius = NE
memotong garis vertikal melalui N di L. LF = NE = LM, berarti L
terletak pada parabola.
- AB garis ekipotential batas, garis phreatic sebagai garis aliran
batas harus memotong garis ekipotential batas secara tegak lurus
di titik S.
Dengan mempergunakan garis preatik dan garis batas lainnya,
jaringan aliran dapat diselesaikan dan debit rembesan dapat dihitung.
Untuk sudut kemiringan lereng () < 30º , dapat digunakan cara
Saffernak & Iterson, sebagai berikut :
Tarik garis vertikal melalui titik B dan memotong garis
perpanjangan lereng hilir di titik 1.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 53
Tarik garis horisontal melalui B dan memotong lereng hilir di titik 2.
Buat garis semi-lingkaran melalui titik-titik 1 dan D sebagai garis
tengahnya.
Buat garis D-3 = D-2 dengan melingkarkan dengan jangka melalui
titik D.
Buat garis 1-C = 1-3 dengan melingkarkan dengan jangka melalui
titik 1.
Titik C adalah titik singgung dari parabola BC
Buat koreksi dari titik E.
Gambar 4.5. Garis Freatis Cara Saffernak & Iterson Untuk Sudut Lereng
() < 30º
Garis parabola dapat digambar sebagai berikut :
- Dari titik B tarik garis horisontal memotong lereng hilir di titik T.
- Bagi garis BT dan CT menjadi bagian-bagian yang sama (pada
contoh menjadi 3 bagian ang sama), misalnya I, II dan 1, 2 dst.
- Hubungkan titik-titik I, II .... dengan C dan melalui titik-titik 1, 2,
...... dst.
Gambar 4.6. Cara Penggambaran Parabola
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
54 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Sedangkan untuk sudut lereng () > 30º dapat digunakan cara
menurut Cassagrande sebagai berikut di bawah.
Gambar 4.7. Penggambaran Garis Freatik Untuk () > 30º, Menurut Cassagrande
Penggambaran flownet melalui tubuh bendungan dapat dilakukan
dengan menggambarkan garis-garis aliran dan garis-garis
ekuipotensial yang saling tegak lurus dengan cara coba-coba (trial and
error) seperti gambar berikut :
Gambar 4.8. Flownet Tubuh Bendungan Urugan Tanah
Sedangkan untuk bendungan jenis zonal, flownet pada zona inti
adalah seperti gambar di bawah. Garis AE adalah merupakan
permukaan ekipotensial. Garis preatik EC dibuat seperti yang telah
dijelaskan dan merupakan batas atas dari flownet. Di sepanjang garis
preatik ini tekanan pori adalah sama dengan tekanan atmosfir dan
sebagai garis equipressure. Potential drops di sepanjang garis ini
adalah hanya diakibatkan oleh turunnya posisi tinggi tekanan (head).
Potential drop Δh dari garis ekipotensial adalah sama. Garis-garis
ekipotensial tersebut akan memotong garis preatik dengan Potential
drop Δh yang sama.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 55
Gambar 4.9. Flownet Pada Zona Inti Bendungan Tipe Zonal
Pada lapisan tanah isotropis dengan koefisien permeabilitas yang
berbeda, garis aliran dari flownet akan berbelok/ menyimpang. Seperti
ditunjukkan pada gambar 4.10 dibawah, garis aliran akan
menyimpang pada garis batas perbedaan permeabilitas, proporsional
dengan rasio k1/k2 = c/b = tan ß/tan , dimana k1 < k2.
Gambar 4.10. Penyimpangan Garis Aliran, Karena Perbedaan Permeabilitas
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
56 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.11. Flownet Melalui Tubuh Bendungan Isotropis dan Fondasi Kedap Air (Atas) dan Melalui Bendungan dan Fondasi yang Berlapis (Bawah)
Sedangkan untuk flownet melalui fondasi bendungan yang porous
dengan berbagai perbaikan fondasinya ditunjukkan seperti gambar
berikut :
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 57
Gambar 4.12. Pengaruh Perbaikan Fondasi Terhadap Konfigurasi Flownet.
Dari gambar 4.12 di atas, bila tanpa dilakukan perbaikan fondasi (a),
debit rembesan dapat dihitung, yakni sebesar Q = k h (Nf/Nd). Bila
dilakukan perbaikan fondasi dengan memasang clay blanket di bagian
hulu (b), Nd akan bertambah dan debit rembesan melalui fondasi akan
berkurang. Demikian juga bila dilakukan perbaikan dengan partial
cutoff yang dipasang vertikal (c), Nd juga akan bertambah dan debit
rembesan yang keluar dari kaki bendungan juga akan berkurang. Dari
uraian diatas, jelas bahwa perbaikan fondasi yang dilakukan adalah
untuk mengurangi debit rembesan yang keluar sekaligus juga
memperkecil exit gradient.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
58 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
b) Garis preatik untuk beberapa bentuk kaki drainasi\
Bentuk akhir dari parabola sebagai garis preatik harus dimodifikasi sesuai
dengan kondisi akhir pengaliran yang tersedia.
Gambar 4.13 di bawah menunjukkan beberapa konfigurasi yang mungkin
ditemui. Titik fokus F adalah perpotongan antara garis aliran batas bawah
dengan mulut pengaliran. Sudut α adalah sudut antara mulut pengaliran
dan garis horizontal, diukur searah dengan jarum jam. a = jarak
pergeseran dari parabola ke garis preatik (RS) yaitu a = jarak dari titik
pergeseran R ke fokus F. Cassagrande memberikan korelasi antara dan
a/(a + a) seperti pada Gambar 4.13e.
Gambar 4.13. Beberapa Konfigurasi Garis Freatik
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 59
Cara menggambarnya adalah sebagai berikut :
1) Tentukan titik fokus F
2) Tentukan titik G = 0,3 HB
3) Gambarkan titik I dan garis direktriks.
4) Tentukan titik 0.
5) Gambarkan parabola.
6) Ukur a + a dan sudut α
7) Tentukan a dengan mempergunakan gambar 4.13 e.
8) Tentukan titik R.
9) Gambarkan pergeser parabola ke titik R
4.2 Flownet Pada Tanah Anisotropis
Penggambaran jaringan aliran pada bagian sebelum ini dengan
mengasumsikan bahwa tanah tersebut adalah tanah isotropis, sedangkan di
lapangan seringkali dijumpai tanah yang anisotropis.
Untuk tanah anisotropis, yaitu kx kz.
Prosedur penggambaran jaringan aliran adalah sebagai berikut :
a) Tentukan skala vertikal untuk menggambarkan penampang melintang
bangunan (skala sumbu z).
b) Tentukan skala horizontal = xz kk / x skala vertikal.
c) Gambarkan jaringan aliran dengan skala seperti no. 2 di atas.
d) Besarnya d
f
zxN
Nhkkq .
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
60 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.14. Flownet Pada Bendungan yang Isotropis (Atas) dan Anisotropis (Bawah)
Hukum Darcy juga digunakan untuk mengatasi masalah-masalah rembesan
dan drainase pada bendungan urugan. Contoh adalah menentukan
permeabilitas yang diperlukan atau penentuan drainase miring atau horisontal
dari suatu bendungan.
Beberapa contoh garis preatik melalui tubuh bendungan urugan tanah dengan
berbagai drainasi kaki, adalah seperti gambar-gambar di bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 61
Gambar 4.15. Garis Preatik Melalui Tubuh Bendungan Dengan Berbagai Drainasi Kaki
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
62 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.16. Desain Chimney Drain Menggunakan Hukum Darcy
4.3 Analisis Keamanan Terhadap Piping
Rembesan melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan, dan tepian/ bukit
sekeliling waduk harus terkendali,sehingga tidak boleh terjadi gaya angkat
(uplift) yang berlebihan, ketidak stabilan, longsoran, aliran buluh, terhanyutnya
material karena pelarutan, atau erosi internal/ material terbawa aliran
rembesan melalui rekahan, kekar dan rongga.
Tebing/dinding sekeliling waduk harus stabil pada segala kondisi operasi
(severe operation),sehingga tidak boleh terjadi ketidak stabilan pada dinding
tipis sekeliling waduk .Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya longsoran besar
yang masuk ke dalam waduk saat pengisian waduk (impounding) sehingga
memicu timbulnya gelombang besar yang dapat mengakibatkan luapan air
waduk.
Keamanan bendungan urugan tanah terhadap piping dapat dihitung
berdasarkan rumus berikut :
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 63
..........(4.1) dan ............................. (4.2)
dengan :
FK : faktor keamanan (tanpa dimensi);
Ic : gradien keluaran kritis (tanpa dimensi);
Ie : gradien keluaran dari hasil analisis rembesan atau pembacaan
instrumen pisometer (tanpa dimensi);
’ : berat isi efektif (terendam) (t/m3);
w : berat isi air (t/m3);
Gs : berat jenis (tanpa dimensi);
e : angka pori (tanpa dimensi);
4.4 Latihan
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan penggambaran garis preatik
menggunakan cara Cassagrande dan Saffernak!
2. Bagaimana garis preatik pada tanah berlapis dengan nilai koefisien
permeabilitas yang berbeda?
3. Mengapa rembesan yang melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan,dan
tepian/ bukit sekeliling waduk harus terkendali?
4.5 Rangkuman
Garis aliran paling atas, disebut juga garis phreatic atau top flow line.
Rembesan pada bendungan terjadi di bawah garis ini. Garis ini juga
merupakan batas daerah yang jenuh dan yang kering. Bentuk garis phreatic/
preatik berbeda - beda sehubungan dengan ada atau tidaknya filter, dan
dimana letak dari filter tersebut.
Untuk menggambarkan garis preatik pada bendungan dengan sudut
kemiringan lereng () < 30º ,dapat digunakan cara Saffernak & Iterson,
sedangkan untuk sudut lereng () > 30º dapat digunakan cara Cassagrande.
4e
c
I
IFK
e
GI s
wc
1
1'
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
64 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Garis preatik berbentuk parabola dan digambarkan berpotongan tegak lurus
dengan garis ekipotensial.Bersama dengan garis batas (boundary line)
lainnya membentuk jaringan aliran (flownet) sehingga debit rembesan dapat
dihitung.
Pada lapisan tanah isotropis dengan koefisien permeabilitas yang berbeda,
garis aliran dari flownet akan berbelok/ menyimpang.
Bentuk akhir dari parabola sebagai garis preatik harus dimodifikasi sesuai
dengan kondisi akhir pengaliran yang tersedia.
Rembesan melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan, dan tepian/ bukit
sekeliling waduk harus terkendali,sehingga tidak boleh terjadi gaya angkat
(uplift) yang berlebihan, ketidak stabilan, longsoran, erosi buluh, terhanyutnya
material karena pelarutan, atau erosi internal/ material terbawa aliran
rembesan melalui rekahan, kekar dan rongga.
Tebing/ dinding sekeliling waduk harus stabil pada segala kondisi operasi
(severe operation),sehingga tidak boleh terjadi ketidakstabilan pada dinding
tipis sekeliling waduk karena dapat mengakibatkan terjadinya longsoran besar
yang masuk ke dalam waduk saat pengisian waduk (impounding) sehingga
memicu timbulnya gelombang besar yang dapat mengakibatkan luapan air
waduk.
Keamanan bendungan urugan tanah terhadap piping atau erosi buluh dapat
dihitung berdasarkan rumus berikut :
4e
c
I
IFK 4
e
c
I
IFK
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 65
4.6 Evaluasi
Pilihlah jawaban yang paling benar dari soal-soal berikut ini!
1. Garis aliran paling atas, disebut juga garis phreatic atau top flow Line
adalah garis yang menunjukkan bahwa…..
a. Rembesan pada bendungan terjadi di bawah garis ini.
b. Garis yang merupakan batas daerah yang jenuh dan yang kering
c. Merupakan garis aliran yang paling atas
d. Semua pernyataan a, b, dan c benar
2. Jaringan aliran atau flownet dapat digunakan untuk menghitung…..
a. Menghitung debit rembesan yang terjadi
b. Menentukan banyaknya garis ekipotensial
c. Menghitung permeabilitas tanah
d. Semua pernyataan a, b, dan c benar
3. Untuk menghindari erosi buluh atau piping pada bendungan maka …..
a. Gradien hidraulik keluar (exit) besarnya sama dengan gradien
hidraulik kritis.
b. Gradien hidraulik keluar (exit) harus lebih besar dari gradien hidraulik
kritis.
c. Harus mempunyai angka keamanan minimal sama dengan 4
d. Gradien hidraulik keluar (exit) harus lebih kecil dari gradien hidraulik
kritis.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
66 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 67
BAB V
IMPLEMENTASI ANALISIS REMBESAN
5.1 Penggunaan Metoda Analisis
Beberapa pertimbangan umum dalam hal memilih metoda analisis, adalah :
a) Masalah penting dalam sejarah bendungan
b) Seberapa kompleks masalah yang dihadapi.
c) Informasi yang tersedia.
d) Informasi lain yang diperlukan dan pengaruh biayanya.
e) Pentingnya masalah atau waktu yang diperlukan untuk analisis rinci.
Tabel 5.1 di bawah adalah contoh petunjuk penggunaan beberapa metoda
analisis rembesan.
Tabel 5.1. Petunjuk Penggunaan Beberapa Metoda Analisis Rembesan Situasi Investigasi Tipikal Metoda Analisis
Timbunan homogin, fondasi
kedap air, kondisi steady 2-D
Muka air preatik, tekanan air pori,
gaya rembesan (stabilitas)
Cassagrande grafis
atau flownet
Timbunan zonal, fondasi kedap
air, kondisi steady 2-D
Muka air preatik, tekanan air pori,
gaya rembesan (stabilitas)
Flownet or
numerical model
Timbunan homogin, fondasi
porius seragam, kondisi steady
2-D
Muka air preatik,tekanan air pori,
gaya rembesan (stabilitas)
Flownet
Gradien keluaran, debit rembesan Metoda fragment
(Lampiran B,)
Alternatif kontrol rembesan,
variasi sifat material
Model numerik
Timbunan zonal, fondasi
porous, kondisi steady 2-D
Sama dengan di atas
Model numerik
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan implementasi
analisis rembesan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
68 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Situasi Investigasi Tipikal Metoda Analisis
Melibatkan relief wells, fondasi
heterogin, kuasi 3-D, kondisi
steady
Muka air preatik, tekanan air pori,
gradient keluaran, debit
rembesan, alternative control
rembesan, variasi sifat material,
spasi relief well dan aliran
Model numerik
Melibatkan relief wells, fondasi
seragam, kuasi 3-D, kondisi
steady
Spasi relief wells, pengurangan
tekanan dan aliran
Persamaan di
Lampiran B
Tumpuan pervious, Kondisi
steady 3-D
Muka air preatik, debit rembesan Flownet
Fondasi dan tumpuan pervious
heterogin, kondisi steady 3-D
Muka air preatik, debit
rembesan,gradien keluaran, jenis
material dan alternatiif kontrol
rembesan
Model numerik
Aliran transient 2-D, kondisi
batas steady
Penjenuhan,dan waktu untuk
mencapai kondisi steady
Flownet transien
Situasi 2-D aliran nonsteady,
zona jenuh/tak jenuh atau
timbunan homogin, fondasi
heterogin, kondisi batas
transient, kondisi transient
2-D
Pengisisan pertama, siklus banjir,
siklus operasi, kadar air dan
perubahan tek air pori, pengaruh
presipitasi dan evaporasi
Model numerik
(lihat Groundwater
modelling, Herbert
F., Anderson, Mary
P)
Tidak semua situasi yang timbul di lapangan dicakup oleh tabel di atas.
Diperlukan suatu “engineering judgment” dan advis seorang spesialis, jika
diperlukan. Pada umumnya, metoda analitis digunakan untuk desain. Begitu
bendungan dikonstruksi, pengamatan menjadi sangat penting dan dapat
memberikan informasi penting bila terjadi masalah. Pengamatan lapangan
adalah merupakan kondisi sebenarnya dibandingkan asumsi desain yang
mungkin saja salah. Sebagai konsekuensinya, dalam hal mengatasi masalah
rembesan, pemilihan metoda pengamatan atau metoda analitis harus
berdasarkan masukan-masukan dari hasil pengamatan.
Pada banyak kasus, sangat logis untuk memulai dengan metoda yang paling
sederhana dan murah dan berlanjut ke metoda yang lebih kompleks dan
mahal, namun lebih teliti sesuai dengan masalah yang dihadapi. Dalam
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 69
analisis rembesan, ketelitian yang tepat jarang diperoleh dan konsekuensinya
kebanyakan tindak perbaikannya didesain konservatif. Sebagai contoh, bila
rembesan minor yang dangkal timbul di sepanjang kaki bendungan, tidak
perlu didesain sumur-sumur pelepas tekanan yang dalam, suatu sistim toe
drain dangkal yang didesain berdasarkan pengamatan rembesan dan tidak
memerlukan analisis FEM, mungkin cukup sebagai tindak perbaikannya.
Bila waktu tidak menjadikan kendala, suatu kajian cepat terhadap informasi
yang tersedia dan suatu analisis berdasarkan pengalaman dapat dilakukan.
Sebagai pertimbangan terakhir, tidak ada analisis yang lebih baik
dibandingkan masukan-masukan yang cukup dan berkualitas terhadap sifat
teknis dan kondisi batas. Bila informasi sangat terbatas, sketsa sederhana
flownet dapat digunakan berdasarkan asumsi yang juga masih kasar. Sebagai
tambahan, biaya tindak perbaikan yang konservatif jarang lebih kecil
dibandingkan biaya perbaikan berdasarkan analisis rinci dari hasil investigasi.
Masalah dan analisis rembesan umumnya berdasarkan “judgment” dari ahli-
ahli geoteknik dan geologi teknik yang berpengalaman. Pengalaman dan
pengetahuan mengenai faktor-faktor geologis, prinsip-prinsip desain dan
prinsip-prinsip aliran fluida melalui media porous adalah lebih kritis
dibandingkan metoda analisis itu sendiri. Sebagai konsekuensinya, untuk
melakukan kajian-kajian harus dilakukan oleh ahli-ahli berpengalaman di
bidangnya masing-masing.
5.2 Hasil Aplikasi
Tujuan analisis rembesan adalah untuk menentukan apakah rembesan
berpengaruh terhadap keamanan bendungan, sehingga dapat diperoleh suatu
bentuk geometri bendungan dan pengendalian rembesan yang aman dan
ekonomis. Filosofi keamanan bendungan terkini umumnya dihadapkan pada
idea bahwa rembesan harus dikontrol dengan penghalang untuk memastikan
keamanannya.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
70 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Penjelasan berikut meliputi masalah rembesan yang harus didesain secara
rasional yang bervariasi mulai dari aplikasi sederhana hukum Darcy hingga
model numerik komputer yang kompleks. Pemilihan pendekatan yang terbaik
adalah berdasarkan pengalaman, sesuai dengan kondisi lapangan dan
masalah yang dihadapi. Pada umumnya, sebagai akibat dari masalah yang
dihadapi dan biaya yang meningkat, mungkin memerlukan investigasi dan
analisis desain yang canggih. Meskipun demikian, data yang akurat dari
sumber yang ada atau tambahan penyelidikan adalah lebih penting
dibandingkan analisis yang canggih tersebut di atas.
5.3 Latihan
1. Apakah tujuan dari analisa rembesan?
2. Bagaimanakah langkah-langkah dalam menentukan metoda yang paling
baik digunakan dalam analisa rembesan?
3. Jelaskan metode sederhana yang dapat kita lakukan jika informasi terkait
rembesan yang terjadi sangat terbatas!
5.4 Rangkuman
Beberapa pertimbangan umum dalam hal memilih metoda analisis, adalah :
a) Masalah penting dalam sejarah bendungan
b) Seberapa kompleks masalah yang dihadapi.
c) Informasi yang tersedia.
d) Informasi lain yang diperlukan dan pengaruh biayanya.
e) Pentingnya masalah atau waktu yang diperlukan untuk analisis rinci.
Secara umum, metoda analitis digunakan untuk desain. Begitu bendungan
dikonstruksi, pengamatan menjadi sangat penting dan dapat memberikan
informasi penting bila terjadi masalah. Pengamatan lapangan adalah
merupakan kondisi sebenarnya dibandingkan asumsi desain yang mungkin
saja salah.Dalam hal mengatasi masalah rembesan, pemilihan metoda
pengamatan atau metoda analitis harus berdasarkan masukan-masukan dari
hasil pengamatan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 71
Analisa rembesan sebaiknya dimulai dengan metoda yang paling sederhana
dan murah dan berlanjut ke metoda yang lebih kompleks dan mahal, namun
lebih teliti sesuai dengan masalah yang dihadapi. Ketelitian yang tepat jarang
diperoleh dan konsekuensinya kebanyakan tindak perbaikannya didesain
konservatif.
Tidak ada analisis yang lebih baik dibandingkan masukan-masukan yang
cukup dan berkualitas terhadap sifat teknis dan kondisi batas. Bila informasi
sangat terbatas, sketsa sederhana flownet dapat digunakan berdasarkan
asumsi yang juga masih kasar.
Tujuan analisis rembesan adalah untuk menentukan apakah rembesan
berpengaruh terhadap keamanan bendungan, sehingga dapat diperoleh suatu
bentuk geometri bendungan dan pengendalian rembesan yang aman dan
ekonomis.
Pemilihan pendekatan yang terbaik adalah berdasarkan pengalaman, sesuai
dengan kondisi lapangan dan masalah yang dihadapi. Akibat dari masalah
yang dihadapi dan biaya yang meningkat dalam mengatasi rembesan,
mungkin diperlukan investigasi dan analisis desain yang canggih.Walaupun
demikian, data yang akurat dari sumber yang ada atau tambahan penyelidikan
adalah lebih penting dibandingkan analisis yang canggih tersebut di atas.
5.5 Evaluasi
Pilihlah 1 (satu) jawaban yang paling benar dari soal pilihan berikut…..
1. Beberapa pertimbangan umum dalam hal memilih metoda analisis,
disebutkan di bawah ini, kecuali.....
a. Masalah penting dalam sejarah bendungan
b. Seberapa kompleks masalah yang dihadapi
c. Seberapa banyak metode yang tersedia
d. Seberapa pentingnya masalah atau waktu yang diperlukan untuk
analisis rinci.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
72 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
2. Dalam mengatasi masalah rembesan, pemilihan metoda pengamatan atau
metoda analitis harus berdasarkan pada.....
a. Masukan-masukan dari hasil pengamatan lapangan
b. Informasi yang tersedia terkait metode yang dipilh
c. Informasi yang diperlukan terkait pengaruh biayanya
d. Masukan-masukan dari hasil pengamatan Laboratorium
3. Pemilihan pendekatan yang terbaik dalam melakukan analisa terkait
rembesan adalah.....
a. Melakukan investigasi dan analisis desain yang canggih
b. Berdasarkan pengalaman,sesuai dengan kondisi lapangan dan
masalah yang dihadapi
c. Tersedianya data yang akurat dari sumber yang ada
d. Perlunya tambahan penyelidikan yang ada
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 73
BAB VI
CARA PRAKTIS PENGENDALIAN REMBESAN
6.1 Umum
Tiga cara praktis dalam pengendalian rembesan, adalah :
a) Filter untuk mencegah terbawanya butiran tanah.
b) Pembatasan terhadap debit rembesan.
c) Metoda drainasi untuk mengurangi tekanan rembesan dan
mengumpulkannya melalui konstruk si pembuang yang aman.
d) Kombinasi antara ketiga cara di atas.
Perlu diingat, bahwa pengendalian rembesan yang efektif adalah dengan
memperhatikan kondisi bendungan dan fondasinya. Meskipun desain
bendungan telah memperhatikan hal-hal di atas, beberapa bendungan tetap
mengalami kegagalan akibat rembesan. Kegagalan-kegalan tersebut telah
memberikan pemahaman-pemahaman baru dalam pengendalian rembesan.
6.2 Pola Kegagalan Akibat Rembesan
Air di dalam waduk selalu mencari jalan keluar melalui alur terlemah; alur
tersebut dapat melalui tubuh bendungan, fondasi atau sekitar tumpuan.
Masalah rembesan yang dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan dapat
dikatogorikan sebagai :
a) Tekanan angkat berlebihan,
b) Piping dan Erosi internal,
c) Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah terurai,
d) Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan
terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing).
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan cara praktis
pengendalian rembesan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
74 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
6.2.1 Tekanan Angkat (Blow Out)
Tekanan angkat pada lapisan fondasi yang pervious dapat memacu terjadinya
gaya angkat yang cukup besar pada lapisan fondasi hilir yang tertekan.
Tekanan angkat tersebut terjadi bila lapisan yang lebih porus memindahkan
sebagian besar persentasi tekanan air waduk ke bagian hilir. Keruntuhan
dimulai bila tekanan air pori pada bagian dasar lapisan yang tertekan tersebut
lebih besar dari tekanan overburden dari timbunan di atasnya. Tekanan ke
atas tersebut meruntuhkan lapisan tertekan yang dikenal sebagai blowout.
Apabila Aliran air tersebut cukup kuat membawa butiran tanah, biasanya pasir
diendapkan di sekeliling mata air yang keluar membentuk suatu cincin konus
yang dikenal sebagai suatu didih pasir (sand boil). Apabila terlepasnya butiran
pasir terjadi terus menerus akibat gradient hidraulis yang berlebihan, maka hal
tersebut akan mengakibatkan terjadinya piping yang dapat meruntuhkan
struktur. Pola keruntuhan dapat dibagi menjadi beberapa tipe, yakni:
a) Tipe A adalah kondisi statis dari gradient hidraulis tertentu dan tidak
menunjukkan berkembangnya masalah. Namun, bila gradient hidraulis
bertambah tinggi pada kondisi ekstrim, tipe A ini dapat berkembang
menjadi tipe B atau tipe C, tergantung dari kondisi gradient hidraulis dan
kondisi tanah tubuh atau fondasi bendungan.
b) Tipe B adalah terjadi didih pasir yang membawa material yang diawali/
dimulai dari dekat permukaan tanah. Tanah tipe ini mengindikasikan
masalah yang lebih serius yang memerlukan tindak lanjut.
c) Tipe C menunjukkan kondisi kritis, dimana gradient hidraulis yang ada
mengakibatkan terbawanya butiran tanah di bagian lebih bawah yang
harus segera ditangani. Sejumlah pisometer dapat digunakan untuk
memantau tekanan angkat pada fondasi hilir dan dapat mendeteksi
kondisi yang tidak aman sebelum terjadi keruntuhan. Petunjuk awal dari
hal tersebut adalah terbawanya material halus dari didih pasir tersebut
atau air yang keluar adalah keruh dan membawa material halus.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 75
Gambar 6.1. Tipe Didih Pasir (Sand Boiling)
6.2.2 Piping (Erosi Buluh)
Piping terjadi bila air waduk mengalir melalui pori-pori tanah (rembesan) yang
menghasilkan gaya tarik pada butiran tanah yang mengakibatkan terbawanya
butiran tanah pada titik keluaran rembesan di bagian hilir. Gambar di bawah
menunjukkan terjadinya keruntuhan piping akibat gradient hidraulis berlebihan
pada kaki bendungan. Secara fisik, piping tersebut diawali dengan
terbentuknya kerucut yang disebut suatu pendidihan (boil) atau suatu aliran air
yang keruh keluar dari lereng hilir. Terbawanya butiran halus tersebut terus
berlangsung ke arah hulu membentuk suatu pipa di dalam tubuh atau fondasi
bendungan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
76 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 6.2. Proses Terjadinya Piping
Lima kondisi yang memicu terjadinya piping, adalah :
a) Terbentuknya alur aliran air,
b) Gradien hidraulis pada tempat keluaran telah melebihi dari nilai batas
yang tergantung dari jenis tanahnya,
c) Tempat keluaran dalam kondisi bebas dan tidak dilindungi filter secara
memadai,
d) Terdapat tanah yang rawan piping pada alur aliran rembesan,
e) Telah terbentuk ”pipa” atau tanah di atasnya telah membentuk seperti
”atap” untuk menjaga terbukanya ”pipa”.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 77
Pada keruntuhan piping, terbawanya butiran tanah awalnya terjadi debit
rembesan tertentu pada gradien hidraulis yang melebihi batas tertentu. Alur
erosi atau pipa-pipa tersebut cenderung membesar ke arah hulu yang diikuti
peningkatan debit aliran. Hal ini terjadi, karena gradien hidraulis (h/L)
bertambah dan panjang aliran (L) berkurang, sementara tinggi tekanan air (h)
diantara bagian hulu dan hilir tetap sama selama level air waduk dijaga pada
level tetap, tetapi panjang alur aliran berkurang akibat terbawanya butiran
tanah dan pipa telah terbentuk. Jadi, kecepatan aliran akan meningkat secara
progresif sampai telepasnya tekanan hidraulis tersebut. Inilah sebabnya,
betapa pentingnya menghentikan proses piping sesegera mungkin.
Piping sering tejadi pada kondisi seperti di bawah :
a) Rembesan melalui lapisan tanah yang rawan tererosi dan tidak dilakukan
upaya pengurangan rembesan untuk mengurangi gradien hidraulis,
b) Tidak adanya filter dan upaya pengurangan tekanan rembesan pada
bagian keluaran untuk mencegah terbawanya butiran tanah,
c) Cara pengurangan rembesan tidak dilakukan dengan benar.
Tanah yang rawan piping adalah berkonsistensi urai, pasir halus bergradasi
buruk; juga berpotensi tinggi untuk piping adalah lanau dan pasir mengandung
butiran halus dengan PI < 6%, seperti pasir campur kerikil urai yang
bergradasi baik yang gradasinya lebar dan mempunyai butiran halus
plastisitas rendah. Tanah lempungan dengan PI > 15% cukup tahan terhadap
piping. Meskipun demikian, tanah yang tahan piping kemungkinan rawan
terhadap erosi internal.
6.2.3 Erosi Internal
Keruntuhan akibat erosi internal tampaknya sama dengan keruntuhan akibat
piping. Setelah terjadinya keruntuhan, suatu terowongan pipa terjadi di dalam
timbunan atau di bawah timbunan. Namun, mekanisme piping dan erosi
internal adalah berbeda. Pada kedua kasus, gaya-gaya tarik dari aliran yang
mempunyai gradien hidraulis tinggi membawa butiran tanah. Pada kasus
piping, gaya tarik beasal dari aliran air antar butiran tanah. Sedangkan pada
erosi internal, erosi terjadi bila terjadi aliran air :
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
78 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
a) di sepanjang retakan atau rekahan di dalam tanah atau batuan dasar
(bedrock),
b) di sepanjang batas antara tanah dan batuan dasar,
c) di antara tanah dan strutur/ bangunan beton atau metal.
Hukum fisik yang mengatur aliran air melalui retakan dan rekahan adalah
sangat berbeda dengan aliran air yang melalui pori-pori material berbutir.
Aliran antar butiran pada tanah granular adalah mengikuti hukum Darcy. Aliran
air melalui retakan dan rekahan distudi dengan permeabilitas dan mengikuti
hukum hidraulis dari persamaan aliran saluran terbuka atau aliran di dalam
pipa terbuka. Pada kedua kasus, banyak aliran adalah proporsional dengan
gradien hidraulis yang ditunjukkan pada hukum Darcy, namun tetap berbeda.
Keruntuhan akibat erosi internal sering terjadi pada lokasi dimana terjadi rekah
hidraulis (hydraulic fracturing). Tempat-tempat yang berpotensi terhadap
rekah hidraulis adalah pada tempat yang tidak dipadatkan secara benar di
dekat bangunan/pipa outlet atau perubahan permukaan yang mendadak
(tonjolan) dari permukaan fondasi atau lereng atau pada bidang kontak antara
timbunan dengan tumpuan. Perlu pengawasan khusus pada tempat-tempat
tersebut terhadap gejala rakahan atau penurunan yang tidak normal.
Aliran air melalui bidang kontak antara timbunan dan fondasi atau tumpuan
melalui kekar-kekar terbuka, rekahan atau kerusakan batuan lain yang
sebelumnya tidak diperbaiki dengan benar kemungkinan dapat memicu
terjadinya erosi internal lainnya, contohnya bendungan Teton. Banyak ahli
percaya bahwa erosi internal lebih berbahaya, karena tidak ada gejala-gejala
visual terjadinya keruntuhan.
6.2.4 Solutioning
Masalah yang sering terjadi pada fondasi dan tumpuan adalah pada janis
batuan yang mudah mengalami solution oleh muka air tanah atau rembesan
air waduk. Permukaan batuan tersebut mudah hancur oleh air hujan, juga
pada zona di atas muka air tanah oleh air rembesan/perkolasi dan di bawah
muka air tanahnya sendiri. Rembesan pada batuan tersolusi tersebut dapat
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 79
menghancurkan material tambahan atau membawa lapisan pengisi dari alur
yang ada yang secara gradual meningkatkan aliran rembesan dan
mempercepat proses penghancuran pada periode waktu tertentu. Erosi
internal dapat terjadi bila rembesan mengalir disepanjang alur dari batuan
yang disebabkan oleh tersolusinya batuan pada tempat dekat timbunan tanah
dan fondasi. Aliran tersebut dapat menggerus tanah didekatnya yang
memperbesar alur aliran yang mengakibatkan terjadinya lubang benam (sink
holes) atau gejala keruntuhan lainnya.
Mineral seperti gipsum, anhydrate dan halite (rock salt) serta batuan kapur/
gamping (limestone), dapat dihancurkan dengan mudah oleh aliran rembesan
waduk. Batu gamping dihancurkan oleh air tanah dalam waktu lama. Apabila
fondasi bendungan berupa batu gamping, gua-gua atau rongga besar alur
aliran air mungkin tidak terdeteksi selama penyelidikan dan tidak diperbaiki
selama konstruksi yang mengakibatkan timbulnya masalah besar saat
pengisian pertama waduk. Fondasi yang terdiri dari batuan yang mudah
hancur harus selalu diperbaiki terlebih dahulu dengan perhatian ekstra.
Sebagai tambahan, gypsum, halite dan beberapa mineral adalah mudah
hancur selama operasi bendungan.
6.2.5 Pembasahan Lereng Hilir
Gambar di bawah menunjukkan terjadinya pembasahan lereng akibat
rembesan di lereng hilir. Pada contoh ini muka air freatik meningkat seiring
dengan naiknya muka air waduk. Bagian bendungan di bawah air preatik
menjadi jenuh dan lereng hilir yang tidak dilindungi menjadi basah dan lunak.
Gaya-gaya rembesan yang bekerja pada arah aliran air menambah tidak
stabilnya lereng. Ketidak stabilan tersebut memicu terjadinya kelongsoran
lereng. Tipe kelongsoran ini biasanya terjadi pada jenis tanah yang
mengandung sedikit lempung. Peningkatan air preatik dan gaya-gaya
rembesan yang bekerja disepanjang bidang kelongsoran mengurangi
tegangan efektif yang bekerja pada bidang longsor dan mengurangi gaya-
gaya penahan. Tingkat stabilitas dari suatu lereng adalah bervariasi,
tergantung dari kekuatan tanah, kemiringan lereng dan gaya-gaya rembesan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
80 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
(tekanan air pori) yang bekerja pada lereng; lereng yang kering akan lebih
stabil dibandingkan lereng basah.
Gambar 6.3. Rembesan Melalui Timbunan
Pembasahan yang progresif (progressive sloughing) adalah suatu jenis
kerusakan sebagai akibat dari penjenuhan dan gaya-gaya rembesan yang
mempengaruhi stabilitas lereng. Gambar 6.4 memperlihatkan pembasahan
progresif yang terjadi bila sejumlah kecil material mulai tererosi/tergerus pada
kaki hilir timbunan yang menghasilkan sedikit penurunan (slump). Hal ini
menyisakan permukaan lereng yang lebih curam yang disebut scarp dan
dapat turun lagi membentuk lereng yang sangat curam dan tidak stabil. Hal
tersebut terus berlangsung hingga akhirnya mengakibatkan terjadinya
keruntuhan lereng. Jenis keruntuhan ini sering terjadi pada bendungan
homogin yang dibuat dari material halus, atau lanau yang mempunyai
plastisitas rendah. Beberapa persamaan pendekatan telah disediakan untuk
menghitung faktor keamanan terhadap keruntuhan akibat pembasahan
tersebut. Persamaan tersebut menggunakan tangen sudut dan sudut geser
dalam dari tanah untuk menghitung faktor keamanan dari lereng jenuh; yang
dikenal sebagai persamaan lereng tak terbatas (infinite slope) dari Lambe, et
al, 1968.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 81
Gambar 6.4. Keruntuhan Akibat Pembasahan Lereng yang Progresif
Pengaruh rembesan terhadap keamanan suatu bendungan urugan adalah
seperti tabel di bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
82 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Tabel 6.1. Pengaruh Rembesan Terhadap Keamanan Bendungan
POLA KERUNTUHAN TERJADI BILA ….
UPLIFT,HEAVE, ATAU BLOWOUT
Tekanan rembesan fondasi pada lapisan pervious memicu gaya-gaya pada lapisan yang tertekan. Keruntuhan mulai terjadi bila tekanan air pori pada dasar lapisan tertekan melebihi tekanan overburden. Tekanan angkat yang terjadi meruntuhkan lapisan tertekan tersebut yang dikenal sebagai blowout yang membentuk didih pasir (sand boiling).
PIPING Air waduk mengalir melalui pori-pori tanah dan mengakibatkan terjadinya gaya-gaya tarik pada butiran tanah yang cukup kuat untuk membawa butiran tanah pada tempat keluaran yang tidak dilindungi. Terbawanya butiran tanah terjadi secara progresif kearah hilir membentuk “pipa”. Piping juga dapat terjadi bila tekanan rembesan pada fondasi menghasilkan tekanan angkat pada lapisan tertekan dari lapisan tanah di hilirnya yang mempunyai permeabilitas lebih rendah yang mengakibatkan terjadinya blow out atau heave.
EROSI INTERNAL Gaya-gaya tarik aliran hidraulik menggerus butiran tanah disepanjang retakan/rekahan dari tanah atau dasar batuan (bedrock) pada arah melintang bendungan. Erosi juga dapat terjadi disepanjang bidang kontak antara timbunan dan bedrock atau antara timbunan dengan struktur beton/metal bangunan pelengkap.
SOLUTIONING Air tanah atau rembesan menghancurkan batuan dasar (soluble bedrock) pada fondasi atau tumpuan.
TEKANAN REMBESAN DAN PENJENUHAN
Rembesan yang tak terkontrol menjenuhkan sebagian dari bendungan yang menyebabkan terjadinya pembasahan lereng (sloughing); termasuk tekanan angkat pada struktur dan runtuhnya dinding penahan tanah.
6.3 Pengendalian Rembesan
Perlu memahami metoda yang digunakan untuk mengendalikan rembesan
dan kaitannya dengan bendungan dan bangunan pelengkapnya. Pada
prinsipnya, cara perbaikan pengendalian rembesan tersebut adalah meliputi :
Zona filter dan transisi,
Metoda pengurangan rembesan,
Berbagai jenis drainasi,
Perbaikan fondasi dan tumpuan.
a) Filter
Lapisan filter digunakan untuk melindungi terbawanya antar butiran
terhadap rembesan melalui tubuh dan fondasi bendungan, dan pada
waktu bersamaan membiarkan air rembesan keluar tanpa menimbulkan
terjadina tekanan air pori berlebih (excessive pore water pressures).
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 83
Lapisan filter tersebut didesain tersendiri atau drain tersebut juga didesain
sebagai penyaring dan sekaligus untuk drainasi. Gradasi tanah timbunan
dan debit rembesan yang harus diantisipasi akan menentukan suatu
desain filter yang diperlukan. Konsep dasar dari fungsI filter sebagai
pelindung terbawanya butiran tanah digambarkan seperti di bawah.
Gambar 6.5. Lapisan Filter Sebagai Pelindung Terhadap Piping
Lapisan filter tidak hanya digunakan untuk piping, tetapi juga untuk
mengatasi masalah erosi internal. Untuk itu, air yang keluar adalah
merupakan faktor sekunder untuk menyaring butiran tanah melalui
retakan-retakan atau yang terjadi di sepanjang bidang kontak bangunan
struktur bangunan pelengkap dan timbunan atau fondasi.
Lapisan filter yang didesain dan dikonstruksi dengan benar akan dapat
“menangkap” rembesan dari suatu timbunan. Air rembesan tersebut akan
dapat mengalir dengan bebas menuju suatu keluaran yang aman pada
kaki hilir timbunan tanpa membawa butiran tanah, seperti gambar di
bawah. Bila rembesan melalui retakan, retakan tersebut harus berakhir di
permukaan filter dan hanya aliran rembesan melalui antar butiran tanah
yang dipertimbangkan dalam desain. Bila suatu gradasi filter memenuhi
kriteria dasar, piping tidak akan terjadi, meskipun gradien hidraulisnya
besar. Asumsinya adalah lapisan filter harus cukup lebar, sehingga
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
84 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
retakan tidak dapat berkembang lebih lanjut serta mempunyai kapasitas
yang cukup untuk mengalirkan aliran rembesan tanpa menimbulkan
terjadinya tekanan air pori berlebih.
Gambar 6.6. Lapisan Filter yang Dapat ”Menangkap” Air Rembesan Dengan Baik
b) Mengurangi/ meminimalkan Rembesan
Metoda ini digunakan untuk mengurangi tinggi tekanan air waduk yang
merembes melalui timbunan. Beberapa cara tersebut adalah seperti di
bawah:
1) Konstruksi bendungan tanah homogin dengan kemiringan yang relatif
sangat landai,
2) Konstruksi zona inti kedap yang miring ke arah hulu,
3) Konstruksi bendungan dengan zona inti sentral di tengah,
4) Konstruksi dinding inti terbuat dari beton atau tanah bentonit yang
plastis,
Memasang kupingan drainase filter (filter drain collars) sekeliling konduit
(pemasangan kupingan ganda tidak direkomendasikan lagi; karena
pemadatan disekelilingnya yang sulit.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 85
Gambar 6.7. Zona Inti Kedap Air di Tengah
Keterangan:
1. Core
2. Filter or Drain
3. Transition
4. Fill
5. Shell
6. Upstream Transition (gravel or riprap)
7. Upstream Slope Protection (typically riprap)
8. Downstream Slope Protection
6.4 Pengendalian Rembesan Melalui Fondasi
Metoda pengendalian rembesan melalui fondasi dan tumpuan ini, adalah
meliputi :
a) Paritan (cutoff);
b) Paritan sebagian (partial cutoff);
c) Selimut kedap hulu (upstream impervious blanket),
d) Berm rembesan hilir (downstream seepage berm),
e) Grouting.
Paritan didesain untuk memperpanjang aliran rembesan, mengurangi tekanan
air waduk untuk mengurangi gradient hidraulik hingga ke level yang aman,
dan mengurangi debit rembesan. Suatu paritan adalah kelanjutan dari zona
inti dari suatu bendungan. Suatu paritan penuh (fully positive cutoff) dibuat
sampai kedalaman mencapai suatu lapisan tanah atau batuan dasar yang
kedap air. Apabila lapisan kedap air tersebut terlalu dalam, suatu paritan
sebagian dapat dibuat yang didesain cukup untuk memperpanjang aliran
rembesan dan mengurangi gradient hidraulis sampai pada level yang aman.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
86 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Paritan tersebut biasanya dibuat di bawah dari zona inti bendungan. Di bawah
adalah beberapa jenis paritan, yaitu :
a) Paritan kedap dari material tanah yang dipadatkan,
b) Paritan slurry (dinding halang bentonit-tanah atau bentonit-semen),
c) Dinding halang beton,
d) Turap baja tipis (sheet piles).
Gambar 6.8. Paritan Penuh (Positif)
Selimut kedap hulu yang menyambung dengan zona inti digunakan untuk
memperpanjang aliran rembesan guna mengurangi rembesan. Cara ini
digunakan, bila cara paritan vertical terlalu mahal. Metoda pengendali hilir,
seperti drainase, juga digunakan bersama-sama selimut kedap hulu ini, untuk
mengurangi pengaruh tekanan angkat dan piping. Efesiensi dari selimut kedap
hulu ini tergantung dai panjang, ketebalan dan koefisien permeabilitas arah
vertikal serta perlapisan dan permeabilitas dari material fondasinya. Selimut
kedap hulu ini dapat rusak, bila terjadi retakan pada selimut akibat penurunan
fondasi atau akibat kekeringan pada kondisi air waduk surut. Masalah lain
adalah terjadinya lubang-lubang (pipa) di dalam fondasi, bila selimut
diletakkan di atas kerakal atau rekahan batu tanpa dilengkapi filter. Bila muka
air waduk berfluktuasi, di atas dan di bawah daerah selimut kedap ini, selimut
harus dilindungi terhadap gelompang dan erosi hujan, pengeringan, dan
tumbuhan yang mempunyai akar dalam.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 87
Gambar 6.9. Selimut Kedap Hulu
Untuk mengimbangi tekanan angkat berlebihan melalui lapisan fondasi yang
porous di kaki hilir bendungan, dapat menggunakan suatu berm hilir. Berm
hilir tersebut terbuat dari material yang porous, supaya dapat memperpanjang
aliran rembesan. Hal tersebut dapat mengurangi gradient hidraulik keluaran
dan debit rembesan. Pada kasus lain, berm yang pervious juga dapat
berfungsi sebagai filter; bila demikian berm tersebut lebih berfungsi sebagai
drainase dibandingkan pengendali tekanan angkat. Untuk itu, desain dan
konstruksi berm harus mempertimbangkan jenis material yang tersedia dan
biaya yang ada.
Gambar 6.10. Berm Rembesan Hilir
Beberapa jenis grouting yang digunakan sebagai pengendali rembesan,
antara lain adalah grouting selimut/ dental, tirai, konsolidasi, dll (Weaver,
1991). Gouting pada fondasi dilakukan untuk mengurangi:
a) Tekanan ke atas (uplift) di bawah fondasi, hilir dari grouting.
b) Kemungkinan terbawanya butiran tanah timbunan ke dalam fondasi.
c) Terbawanya butiran tanah timbunan melalui fondasi masuk kebali me
timbunan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
88 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
d) Piping butiran tanah dari kekar-kekar dan sisipan dari batuan.
e) Terbawanya material dari batuan yang hancur (soluble rock).
f) Erosi internal pada bidang kontak antara timbunan dengan fondasi (bed
rock).
Grouting tirai sering dilaksanakan pada batuan, namun juga dapat dilakukan
pada lapisan pasir dan kerakal. Pada dasarnya, lubang-lubang bor dibuat
terlebih dahulu dalam suatu garis atau pola grid. Lubang-lubang tersebut
dibersihkan terlebih dahulu dan kemudian, tergantung dari ukuran rongga-
rongga material yang digrouting, dipompakan suatu semen atau grout kimia
pada tekanan tertentu ke dalam lubang. Bila grouting dilakukan pada batuan,
material grout harus dapat mengisi retakan, rekahan, dan bukaan bukaan lain
sampai material disekeliling lubang menjadi cukup kedap air. Bila groutng
dilakukan pada lapisan pasir kasar dan kerakal, suatu campuran tipis semen
atau material grout kimia digunakan untuk mengisi rongga-rongga diantara
partikel. Pada lapisan pasir halus, material grout mendesak pasir tersebut
dan memadatkannya yang akhirnya membentuk suatu struktur penahan
rembesan.
Permeabilitas zona yang telah digrouting harus relatif rendah, supaya grouting
efektif, karena pengurangan permeabilitas yang diinginkan mungkin tidak
dapat tercapai; beberapa cara drainase biasanya dilakukan sehubungan
dengan grouting untuk keperluan pengendalian rembesan.
Grouting selimut dilakukan pada daerah galian fondasi yang luas bila
permukaan batuannya banyak kekar dan rekah. Cara ini digunakan untuk
menutup (seal) lapisan atas dari kedalaman sekitar 3 – 10 m untuk
eminimalkan terbawanya butiran tanah halus dari zona inti masuk ke dalam
bukaan-bukaan fondasi, menutup permukaan batuan terhadap hilangnya
material grout saat diberikan tekanan tinggi dan untuk mengurangi
kompresibilitas dari batu yang banyak rekah. Grouting dental dapat juga
digunakan sebagai perbaikan kelemehan-kelemahan bagian fondasi. Grouting
tirai dilakukan untuk mengurangi aliran rembesan yang dalam yang melalui
fondasi dan tumpuan. Gambar di bawah menjelaskan bagaimana grouting
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 89
mengisi pori/rongga di dalam fondasi dan berfungsi sebagai penahan
rembesan.
Gambar 6.11. Grouting Tirai Sebagai Perbaikan Fondasi Bendungan
Drainase cerobong (chimney/inclined drain) dapat berbentuk miring atau
vertikal terbuat dari material granular, biasanya dikonstruksi bersama-sama
dengan zona filter di bagian hulu dan hilir dari drainase. Pada beberapa
kasus, drainase itu sendiri berfungsi sebagai filter ; biasanya cara ini
digunakan pada bendungan urugan. Kombinasi dari cerobong dan drainase
horisontal adalah merupakan suatu cara yang efektif untuk mengendalikan
rembesan melalui timbunan. Drainase cerobong biasanya dibuat dengan
sudut 45º terhadap bidang horisontal sampai vertical, tergantung dari geometri
bendungan, pelaksanaan praktis di lapangan dan alur rembesan yang akan
diantisipasi. Timbunan tanah yang dipadatkan, biasanya akan berlapis-lapis
dan permeabilitas arah horisontal akan lebih besar dibandingkan yang vertikal.
Hal ini disebabkan oleh material dari borrow area yang bervariasi dan lapisan-
lapisan tanah yang dipadatkan mempunyai perbedaan-perbedaan sifat,
meskipun kecil. Untuk lapisan tanah yang berlapis-lapis, drainase horisontal
tidak perlu untuk mencegah penjenuhan di bagian hilir fondasi. Drainase
horisontal juga tidak dapat mencegah terjadinya rekah hidraulis (hydraulic
fracturing) dan erosi internal dari timbunan. Jadi, drainase cerobong adalah
suatu cara terbaik untuk “menangkap” rembesan di sepanjang bidang
horisontal melalui suatu timbunan yang berlapis-lapis, dimana drainase
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
90 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
horisontal cocok untuk mengurangi tekanan angkat di sepanjang dasar
struktur.
Rekomendasi praktis terbaru adalah menggunakan drainase cerobong untuk
mengendalikan rembesan dan erosi internal pada timbunan tanah dan
drainase fondasi, baik drainase horizontal maupun drainase paritan atau
sumur-sumur pelepas tekanan untuk mengendalikan rembesan pada fondasi.
Untuk menambah kapasitas hidraulis, drainase harus dilengkapi dengan filter
yang memadai di antara zona filter dengan zona di dekatnya, bila zona filter
tidak digunakan.
Filter cerobong adalah merupakan pertahanan paling baik terhadap retakan
melintang pada zona inti akibat perbedaan penurunan atau getaran gempa.
Apabila jenis tanah dispersif atau jenis tanah lain yang mudah tererosi
digunakan sebagai zona inti, zona filter cerobong dan drainase horisontal
adalah merupakan pertahanan paling baik terhadap erosi internal, seperti
gambar di bawah.
Gambar 6.12. Kombinasi Drainase Cerobong dan Drainase Horisontal
Suatu drainase atau paritan kaki dapat digunakan bersama-sama dengan cara
lain pengendalian rembesan. Metoda ini biasanya terdiri dari sebuah pipa
pengumpul di dalam suatu paritan yang kemudian diisi kembali dengan
material filter di sekeliling pipa drainase. Jika lapisan fondasi yang porous
cukup dalam atau berlapis-lapis, drainase kaki mungkin dapat “menangkap”
sebagian kecil rembesan, Pada kasus ini, sumur-sumur pelepas tekanan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 91
digunakan untuk melepaskan tekanan angkat dan mengumpulkan air
rembesan melalui sumur yang digali lebih dalam.
Gambar 6.13. Drainase Kaki Dikombinasikan Dengan Sumur Pelepas Tekanan
Gambar 6.14. Perbaikan Tanah Fonfasi yang Porous Terhadap Rembesan
Gambar 6.15. Perbaikan Tanah Fonfasi yang Porous Dengan Dinding Halang
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
92 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
6.5 Latihan
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Piping!
2. Apakah prinsip dari metode mengurangi/ meminimalkan rembesan ]?
3. Jelaskan kegunaan dari Lapisan filter !
6.6 Rangkuman
Cara praktis dalam pengendalian rembesan, adalah.....
a. Filter untuk mencegah terbawanya butiran tanah.
b. Pembatasan terhadap debit rembesan.
c. Metoda drainasi untuk mengurangi tekanan rembesan dan
mengumpulkannya melalui konstruk si pembuang yang aman.
d. Kombinasi antara ketiga cara di atas.
Masalah rembesan yang dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan dapat
dikatogorikan sebagai :
a. Tekanan angkat berlebihan,
b. Piping dan Erosi internal,
c. Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah terurai,
d. Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan
terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing).
Tekanan angkat pada lapisan fondasi yang pervious dapat memacu terjadinya
gaya angkat yang cukup besar pada lapisan fondasi hilir yang tertekan.
Tekanan angkat tersebut terjadi bila lapisan yang lebih porus memindahkan
sebagian besar persentasi tekanan air waduk ke bagian hilir. Keruntuhan
dimulai bila tekanan air pori pada bagian dasar lapisan yang tertekan tersebut
lebih besar dari tekanan overburden dari timbunan di atasnya. Tekanan ke
atas tersebut meruntuhkan lapisan tertekan yang dikenal sebagai blowout.
Piping terjadi akibat gradient hidraulis berlebihan pada kaki bendungan yang
diawali dengan terbentuknya kerucut yang disebut suatu pendidihan (boil)
atau suatu aliran air yang keruh keluar dari lereng hilir. Terbawanya butiran
halus tersebut terus berlangsung ke arah hulu membentuk suatu pipa di dalam
tubuh atau fondasi bendungan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 93
Keruntuhan akibat erosi internal terjadi bila terjadi aliran air :
a. Di sepanjang retakan atau rekahan di dalam tanah atau batuan dasar
(bedrock),
b. Di sepanjang batas antara tanah dan batuan dasar,
Di antara tanah dan strutur/bangunan beton atau metal.
Solutioning adalah proses melarutnya jenis batuan yang mudah melarut oleh
muka air tanah atau rembesan air waduk. Permukaan batuan tersebut mudah
hancur oleh air hujan, juga pada zona di atas muka air tanah oleh air
rembesan/ perkolasi dan di bawah muka air tanahnya sendiri.Masalah ini
sering terjadi pada fondasi dan tumpuan.
Sloughing adalah jenis kerusakan sebagai akibat dari pembasahan lereng
hilir atau penjenuhan lereng hilir dan gaya-gaya rembesan yang
mempengaruhi stabilitas lereng.
Pada prinsipnya, cara perbaikan pengendalian rembesan tersebut adalah
meliputi :
a. Zona filter dan transisi,
b. Metoda pengurangan rembesan,
c. Berbagai jenis drainasi,
d. Perbaikan fondasi dan tumpuan.
Lapisan filter digunakan untuk melindungi terbawanya antar butiran terhadap
rembesan melalui tubuh dan fondasi bendungan, dan pada waktu bersamaan
membiarkan air rembesan keluar tanpa menimbulkan terjadinya tekanan air
pori berlebih (excessive pore water pressures). Metode mengurangi/
meminimalkan rembesan digunakan untuk mengurangi tinggi tekanan air
waduk yang merembes melalui timbunan. Beberapa cara tersebut adalah :
a. Konstruksi bendungan tanah homogin dengan kemiringan yang relatif
sangat landai,
b. Konstruksi zona inti kedap yang miring ke arah hulu,
c. Konstruksi bendungan dengan zona inti sentral di tengah,
d. Konstruksi dinding inti terbuat dari beton atau tanah bentonit yang plastis
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
94 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Beberapa jenis drainase dapat digunakan untuk mengendalikan rembesan
yaitu :
a. Drainase horizontal, cocok untuk mengurangi tekanan angkat di
sepanjang dasar struktur.
b. Drainase cerobong (chimney/inclined drain),yang merupakan cara terbaik
untuk “menangkap” rembesan di sepanjang bidang horisontal melalui
suatu timbunan yang berlapis-lapis dan dapat berbentuk miring atau
vertikal terbuat dari material granular
c. Kombinasi dari cerobong dan drainase horisontal yang merupakan cara
efektif untuk mengendalikan rembesan melalui timbunan.
d. Untuk menambah kapasitas hidraulis, drainase harus dilengkapi dengan
filter yang memadai di antara zona filter dengan zona di dekatnya, bila
zona filter tidak digunakan.
Metoda pengendalian rembesan melalui fondasi dan tumpuan meliputi :
a. Paritan (cutoff);
b. Paritan sebagian (partial cutoff);
c. Selimut kedap hulu (upstream impervious blanket),
d. Berm rembesan hilir (downstream seepage berm),
e. Grouting.
6.7 Evaluasi
1. Cara praktis dalam pengendalian rembesan,adalah seperti disebutkan di
bawah ini kecuali.....
a. Filter untuk mencegah terbawanya butiran tanah.
b. Pembatasan terhadap debit rembesan.
c. Metoda drainasi untuk mengurangi tekanan rembesan dan
mengumpulkannya melalui konstruksi pembuang yang aman.
d. Penambahan Counterweight
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 95
2. Metoda pengendalian rembesan melalui fondasi dan tumpuan adalah…..
a. Paritan sebagian (partial cutoff);
b. Selimut kedap hulu (upstream impervious blanket),
c. Berm rembesan hilir (downstream seepage berm),
d. Jawaban a,b,dan c benar
3. Sistim drainase terbaik untuk mengendalikan rembesan yaitu…..
a. Drainase horizontal
b. Drainase cerobong (chimney/inclined drain)
c. Kombinasi dari cerobong dan drainase horisontal
d. Drainase vertikal
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
96 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 97
BAB VII
PENUTUP
7.1 Simpulan
Bendungan harus didesain dan dijaga terhadap pengendalian rembesan yang
aman. Masalah dasar adalah membedakan sejauh mana rembesan
berpengaruh terhadap suatu bendungan dan apa tindakan perbaikan paling
tepat, yang harus dilakukan untuk menjamin bahwa rembesan tidak
membahayakan terhadap keamanan bendungan.Pengelola/pemilik
bendungan sebaiknya memahami masalah rembesan yang terjadi dan
memastikan bahwa bendungan serta bangunan fasilitasnya aman terhadap
bahaya rembesan.
Rembesan merupakan air waduk yang mencari jalan keluar melalui material
yang porus atau suatu rekahan baik yang ada di dalam tubuh maupun fondasi
bendungan. Gaya atau tekanan air dari rembesan yang terjadi dapat
menimbulkan alur air baru atau memperbesar alur eksisting hingga
bendungan rekah. Jadi, pengendalian rembesan merupakan faktor yang
sangat penting dalam desain, pelaksanaan konstruksi dan O&P bendungan
terkait kondisi keamanan bendungan.
Berdasarkan pada peristiwa kegagalan bendungan yang telah terjadi,
sebagian besar kegagalan bendungan disebabkan oleh rembesan yang tidak
terkendali.
Bendungan dianggap aman, bila pembangunan dan pengelolaannya telah
dilaksanakan mengikuti konsepsi dan kaidah-kaidah keamanan bendungan
yang semuanya tertuang di dalam NSPM.
Agar diperoleh desain bendungan yang aman, hal-hal yang perlu diperhatikan
adalah :
a. Perencana dan pengawas pekerjaan harus benar-benar memahami
filosofi penyebab terjadinya rembesan pada bendungan serta konsepsi
dan kaidah-kaidah keamanan bendungan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
98 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
b. Perencanaan bendungan termasuk analisa rembesan harus dilaksanakan
tahap demi tahap seperti yang diatur di dalam ps. 26 PP 29/2000 dan
harus mengacu pada NSPM.
c. Kerangka Acuan Kerja (KAK) harus jelas dan lengkap.
7.2 Tindak Lanjut
Untuk lebih memahami secara komprehensif,peserta agar memahami
informasi terhadap penyebab terjadinya rembesan serta pemantauan dan
evaluasi rembesan termasuk cara kontrol terhadap rembesan serta
mempelajari pula modul-modul penting lainnya yaitu Standar Nasional
Indonesia (SNI),pedoman-pedoman terkait dengan survei investigasi, desain,
konstruksi, operasi dan pemeliharaan Bendungan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 99
DAFTAR PUSTAKA
Bharat Singh & HD Sharma, Earth and Rockfill dams, Sarita Prakashan, Meerut,
India,1982
Cedergren, H., 1967. Seepage, Drainage and Flownets. John Wiley and Sons, Inc.,
New York, 1967
COREY. A.T. (1977), Mechanics of Heterogeneous Fluids in Poreus Media, Water
Resource Publications, Fort Collinds CO., 1977.
Earth Manual (1974), U.S. Department of The Interior, Bureau of Reclamation,
Second Edition, Denver CO.
EDERGEN, H.R. (1967), Seepage, Drainage and Flownets, John Wiley & Sons Inc.,
New York.
FREDLUND. D.G. (1962), “Soil Mechanics For Unsaturated Soil”, John Wiley & Sons
Inc., New York.
Geo-Slope (1987), PC-SEEP A Finite Element Program For Seepage Analysis,
Users Manual, Geo-Slope Programming Ltd., Calgary, Alberta, Canada.
HARR, M.E. (1962), Groundwater and Seepage, McGraw-Hill, New York NY.
HIRSCHFELD, R.C. and S.J. POULOUS, ed. (1973) Embankment Dam Engineering
Practice, “Casagrande Volume, John Wiley and Sons, New Yoek.
LEONARDS, G.A. (1962), Foundation Engineering, McGRaw-Hill, New York NY.
National Academy Press (1983), Safety of Existing Dams: Evaluation and
Improvement, National Academy Press, Washington DC.
NAJOAN, Th.F. (1986), Peralatan Electrical Resistant Network Analog; Teori,
Petunjuk Pemakaian dan Aplikasi untuk Studi Rembesan Air, Puslitbang Air
128/BA-22/1986.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
100 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
NAJOAN, TH.F. (1993), “Analisis Rembesan Air Dengan Menggunakan Cara Lemen
Hingga (SEEP-2D)”. Short Cource Computer Methods For Geotechnical
Analysis, 11 Okt-13 Okt. 1993.
PUSLIBTANG SDA (Des 2000), Analisis Transient Seepage Dengan Cara Lemen
Hingga Untuk Evaluasi Keamanan BEndungan di Nusa Tenggara Timur, Hasil
Penelitian Kelompok Bidang Keakhlian Geoteknik dan Bangunan Air No. 03/
P3TSDA/LIT-01/2000 Puslitbang SDA, Balibang Kimbang Praswil.
Departemen Kimbang Praswil.
SHERARD, J.L. R.J. WOODWARD, S.F. GIZIENSKI, and W.A. CLEVENGER
(1963), Earth and Earth-Rock Dams, John Wiley and Sons, New Yoek NY,
1963.
Suyono Sosrodarsono and Kansaku Takeda, Editor, 1977. Bendungan Type Urugan.
PT Pradnya Paramita Jakarta, 1977
TERZAGHI, K and R.B. PECK (1967), Soil Mechanics in Engineering Practice,
second edition, John Wiley and Sons, New York NY.
USBR 1973, Design of Small Dams, U.S. Department of the Interior, Bureau of
Reclamation.
USBR (1984), Seepage Analyses Using The Boundary Element Method, US.
Department of the Interior, Bureau of Reclamation, Engineering and Research
Center, Denver CO., May 1984.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 101
GLOSARIUM
Aliran : Aliran yang melewati media porus di dalam
zone dengan takanan air pori positif
dibawah garis freatik ; aliran jenuh biasanya
terjadi akibat gradien hidraulik pengaruh
gravitasi air waduk di udik bendungan dan
daerah keluaran air di hilir bendungan
Aliran Jenuh : Aliran yang melewati media porus di dalam
zone dengan tekanan air pori positif di
bawah garis preatik ; aliran jenuh biasanya
terjadi akibat gradien hidraulik pengaruh
gravitasi air waduk di udik bendungan dan
daerah keluaran air di hilir bendungan
Aliran Tak Jenuh
: Aliran yang melewati media porus di dalam
zone dengan tekanan air pori negatif di atas
garis preatik ; aliran tak jenuh biasanya
terjadi karena perbedaan daya isap kapiler
permukaan (capillary surface tension) yang
menyebabkan terjadinya gradien hidraulik
antara zone jenuh dan daerah keluaran air
di hilir bendungan
Garis Preatik
: Garis aliran air yang berhubungan dengan
bidang imajiner dalam tubuh dan/atau
fondasi bendungan,yang tekanan air porinya
sama dengan tekanan atmosfer
Permeabilitas
: Kapasitas rata-rata dari suatu media aliran
porus untuk melewatkan air di bawah satu
unit gradien tertentu,dalam kondisi laminer
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
102 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Anisotropi : Sifat alami material yang tidak sama dalam
segala arah ; dalam analisa rembesan air,
anisotropi berhubungan dengan nilai
koefisien permeabilitas yang tidak sama,
yaitu yang searah bidang perlapisan (arah
horisontal kh) dan yang tegak lurus
perlapisan (arah vertikal kv)
Rembesan Air
: Semua gerakan air dari waduk melewati
tubuh dan fondasi bendungan yang
merupakan fungsi dari waktu,dan termasuk
aliran melewati media porus, rekahan, dan
saluran kecil.
Tekanan Air Pori : Tekanan air dalam rongga butiran tanah
yang berhubungan satu dengan lainnya di
dalam tubuh dan fondasi bendungan,baik
tekanan air pori positif (> tekanan atmosfer)
yang terjadi karena pengaruh gravitasi
maupun tekanan air pori negatif ( suction)
karena pengaruh isapan permukaan
Gradien Hidraulik : Perbandingan tinggi potensial hidraulik
antara dua titik dibagi jaraknya dalam media
aliran tanpa dimensi ; tinggi potensial
hidraulik biasanya dinyatakan sebagai
penjumlahan tinggi tekanan air pori yang
dinyatakan dalam unit tinggi dan tinggi
elevasi titik yang ditinjau terhadap suatu
datum tertentu
Muka Air Waduk Maksimum : Elevasi muka air yang diijinkan dan
ditentukan terhadap tinggi jagaan minimal
yang telah disepakati
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 103
Muka Air Waduk Minimum
: Elevasi muka air waduk yang merupakan
puncak permukaan air pada kapasitas
konservasi inaktif
Muka Air Waduk Normal
: Elevasi muka air waduk pada kondisi
eksploitasi normal dan merupakan puncak
permukaan air pada kapasitas koservasi
aktif
Bendungan Bangunan yang berupa urugan tanah,u
rugan batu,beton, dan/ atau pasangan batu
yang dibangun selain untuk menahan dan
menampung air, dapat pula dibangun untuk
menahan dan menampung limbah tambang
(tailing), atau menampung lumpur sehingga
terbentuk waduk
Bendungan Tipe Urugan Bendungan yang terbuat dari bahan urugan
dari borrow area yang dipadatkan dengan
menggunakan vibrator roller atau alat
pemadat lainnya pada setiap hamparan
dengan tebal tertentu
Bendungan Tipe Urugan Tanah
Homogen
Suatu bendungan urugan digolongkan
dalam tipe homogen, apabila bahan yang
membentuk tubuh bendungan tersebut
terdiri atas tanah yang hampir sejenis
dengan klasifikasi hampir homogen (dari
borrow area) dan dipadatkan secara
mekanik dengan menggunakan vibrator
roller atau alat lainnya pada setiap
hamparan dengan tebal tertentu
Daerah Fondasi Dasar lembah tempat tubuh bendungan dan
bangunan lainnya ditempatkan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
104 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Tubuh Bendungan Bagian bendungan yang menahan,
menampung dan meninggikan air yang
berdiri diatas fondasi bendungan
Waduk Wadah yang dapat menampung air baik
secara alamiah maupun buatan karena
dibangunnya bendungan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 105
KUNCI JAWABAN
A. LATIHAN MATERI POKOK 1: PENENTUAN KOEFISIEN PERMEABILITAS
DAN PARAMETER DESAIN
1. Sebutkan hal-hal yang harus diperhatikan selama penyelidikan lapangan
khususnya mengenai masalah rembesan!
Jawaban:
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam penyelidikan Lapangan rembesan
adalah pemetaan lapangan, penyelidikan bawah tanah berupa pemboran
diikuti pengambilan contoh tanah, pengujian permeabilitas lapangan dari
tanah/ batuan dan Investigasi Geofisik.
2. Apakah yang mendasari adanya 2 (dua) tipe kondisi air tanah yang sering
dijumpai di lapangan (Unconfined dan Confined)?
Jawaban:
Kedua kondisi ditentukan berdasarkan perubahan tinggi tekanan yang
terjadi dalam suatu sumur (well), lubang bor atau sumur uji (test pit).
3. Jelaskan mengenai Uji Packer!
Jawaban:
Uji permeabilitas lainnya di Lapangan adalah Uji Packer yaitu pengujian
pada batuan keras yang dapat menahan tekanan "packer"
(penyekat),dengan cara melakukan injeksi air ke dalam lubang bor untuk
mendapatkan koefisien kelulusan air dan nilai Lugeon dari batuan
tersebut. Pengujian dilakukan melalui lubang bor yang telah dibuat
sebelumnya.
B. EVALUASI MATERI POKOK 1: PENENTUAN KOEFISIEN
PERMEABILITAS DAN PARAMETER DESAIN
1. C
2. D
3. A
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
106 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
C. LATIHAN MATERI POKOK 2: JARINGAN ALIRAN
1. Informasi atau gambaran apakah yang dapat diperoleh dari Flownet?
Jawaban:
Fownet menggambarkan distribusi tekanan-tekanan dan arah aliran,serta
memberikan informasi penting mengenai stabilitas dan debit rembesan,
gradien keluaran, gaya-gaya rembesan serta tekanan-tekanan angkat
yang bekerja di dasar bangunan.
2. Apakah hukum Darcy dapat digunakan untuk menghitung besarnya debit
rembesan yang terjadi pada berlaku pada kerikil dan rekahan batu.
Sebutkan alasannya!
Jawaban:
Hukum Darcy tidak dapat digunakan untuk menghitung debit rembesan
yang terjadi pada kerikil dan rekahan batu karena koefisien permeabilitas
Darcy (k) hanya berlaku untuk aliran laminer melalui media yang porous.
Untuk kerikil berbutir kasar dan batu yang mempunyai alur aliran yang
besar, aliran akan bersifat turbulen, kecepatan aliran tidak proporsional
dengan gradien hidraulis dan hukum Darcy tidak berlaku.
3. Sebut minimal 3 (tiga) keuntungan dari analisa rembesan dengan
menggunakan cara numerik!
Jawaban:
Keuntungan dari cara numerik adalah :
a. Masalah rembesan 2-D dan 3-D, termasuk perlapisan dan sifat
stratifikasi dan kantung-kantung material dapat dimodelkan.
b. Pada zona dimana gradien rembesan atau kecepatannya tinggi, dapat
dimodel lebih teliti dengan menggunakan berbagai ukuran elemen.
c. Tidak diperlukan transformasi dimensi atau properti.
D. EVALUASI MATERI POKOK 2: JARINGAN ALIRAN
1. A
2. D
3. B
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 107
E. LATIHAN MATERI POKOK 3: REMBESAN MELALUI BENDUNGAN
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan penggambaran garis preatik
menggunakan cara Cassagrande dan Saffernak!
Jawaban:
Penggambaran garis preatik pada bendungan dengan sudut kemiringan
lereng () < 30º menggunakan cara Saffernak & Iterson,sedangkan untuk
sudut lereng () > 30º menggunakan cara Cassagrande.
2. Bagaimana garis preatik pada tanah berlapis dengan nilai koefisien
permeabilitas yang berbeda?
Jawaban:
Pada lapisan tanah isotropis dengan koefisien permeabilitas yang
berbeda, garis aliran dari flownet akan berbelok atau menyimpang.
3. Mengapa rembesan yang melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan,dan
tepian/ bukit sekeliling waduk harus terkendali?
Jawaban:
Agar tidak terjadi gaya angkat (uplift) yang berlebihan, longsoran,erosi
buluh, terhanyutnya material karena pelarutan (solutioning), atau erosi
internal/ material terbawa aliran rembesan melalui rekahan, kekar dan
rongga.
F. EVALUASI MATERI POKOK 3: REMBESAN MELALUI BENDUNGAN
1. D
2. A
3. C
G. LATIHAN MATERI POKOK 4: IMPLEMENTASI ANALISIS REMBESAN
1. Apakah tujuan dari analisa rembesan?
Jawaban:
Tujuan analisis rembesan adalah untuk menentukan apakah Rembesan
berpengaruh terhadap keamanan bendungan, sehingga dapat diperoleh
suatu bentuk geometri bendungan dan pengendalian rembesan yang
aman dan ekonomis.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
108 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
2. Bagaimanakah langkah-langkah dalam menentukan metoda yang paling
baik digunakan dalam analisa rembesan?
Jawaban:
Analisa rembesan sebaiknya dimulai dengan metoda yang paling
sederhana dan murah dan berlanjut ke metoda yang lebih kompleks dan
mahal, namun lebih teliti sesuai dengan masalah yang dihadapi.
3. Jelaskan metode sederhana yang dapat kita lakukan jika informasi terkait
rembesan yang terjadi sangat terbatas!
Jawaban:
Bila informasi terkait rembesan sangat terbatas,sketsa sederhana flownet
dapat digunakan walau berdasarkan asumsi yang masih kasar.
H. EVALUASI MATERI POKOK 4: IMPLEMENTASI ANALISIS REMBESAN
1. C
2. A
3. B
I. LATIHAN MATERI POKOK 5: CARA PRAKTIS PENGENDALIAN
REMBESAN
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Piping!
Jawaban:
Piping adalah proses terbawanya butiran halus ke arah hulu yang
berlangsung terus menerus akibat gradient hidraulis berlebihan pada kaki
bendungan dan membentuk suatu pipa di dalam tubuh atau fondasi
bendungan.
2. Apakah prinsip dari metode mengurangi/ meminimalkan rembesan?
Jawaban:
Prinsip dari metode mengurangi/ meminimalkan rembesan adalah
mengurangi tinggi tekanan air waduk yang merembes melalui timbunan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 109
3. Jelaskan kegunaan dari Lapisan filter !
Jawaban:
Lapisan filter digunakan untuk melindungi terbawanya butiran akibat
rembesan melalui tubuh dan fondasi bendungan, serta pada waktu
bersamaan membiarkan air rembesan keluar tanpa menimbulkan
terjadinya tekanan air pori berlebih (excessive pore water pressures).
J. EVALUASI MATERI POKOK 5: CARA PRAKTIS PENGENDALIAN
REMBESAN
1. D
2. D
3. C