Download
1 / 78
E N D
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN MODUL 15 MODUL INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN PELATIHAN PERENCANAAN BENDUNGAN TINGKAT DASAR 2017 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya validasi dan penyempurnaan Modul Instrumentasi Bendungan Urugan 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 Instrumentasi Bendungan Urugan disusun dalam 5 (lima) bab yang terbagi atas Pendahuluan, Materi Pokok, dan Penutup. Penyusunan modul yang sistematis diharapkan mampu mempermudah peserta pelatihan dalam memahami perencanaan instrumentasi bendungan. Penekanan orientasi pembelajaran pada modul ini lebih menekankan pada partisipasi aktif dari para peserta. Akhirnya, ucapan terima kasih dan penghargaan kami sampaikan kepada Tim Penyusun dan Narasumber Validasi, sehingga modul ini dapat diselesaikan dengan baik. Penyempurnaan maupun 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 i PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ..................................................................................................... i DAFTAR ISI .................................................................................................................. ii DAFTAR TABEL ......................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... v PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ....................................................................... vii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................................. 1 1.2 Deskripsi Singkat ............................................................................................. 2 1.3 Tujuan Pembelajaran ....................................................................................... 2 1.3.1 Hasil Belajar .......................................................................................... 2 1.3.2 Indikator Hasil Belajar ........................................................................... 2 1.4 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok ............................................................... 2 BAB II JENIS DAN FUNGSI INSTRUMEN .................................................................. 5 2.1 Umum ............................................................................................................... 5 2.2 Prinsip Dasar Instrumentasi ............................................................................. 5 2.3 Manfaat Instrumentasi ..................................................................................... 7 2.4 Jenis-Jenis Instrumen ...................................................................................... 9 2.4.1 Alat Ukur Tekanan Air Pori .................................................................... 9 2.4.2 Alat Ukur Tekanan Tanah Total .......................................................... 19 2.4.3 Alat Ukur Pergerakan .......................................................................... 23 2.4.4 Instrumen Ukur Rembesan ................................................................. 33 2.4.5 Alat Pemantau Gempa ........................................................................ 35 2.5 Latihan ........................................................................................................... 37 2.6 Rangkuman .................................................................................................... 37 2.7 Evaluasi .......................................................................................................... 38 BAB III DASAR PEMILIHAN INSTRUMEN .............................................................. 39 3.1 Umum ............................................................................................................. 39 3.1.1 Kelemahan dan Keuntungan ............................................................... 40 ii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN 3.1.2 Pemilihan Jenis dan Jumlah Instrumen ............................................... 40 3.2 Kalibrasi Awal ................................................................................................. 44 3.3 Latihan ............................................................................................................ 45 3.4 Rangkuman .................................................................................................... 45 3.5 Evaluasi .......................................................................................................... 46 BAB IV PERENCANAAN DAN PENEMPATAN INSTRUMEN ................................. 49 4.1 Umum ............................................................................................................. 49 4.2 Lokasi Instrumen ............................................................................................ 49 4.3 Sistim Otomatisasi .......................................................................................... 51 4.4 Penempatan Instrumen .................................................................................. 53 4.5 Lain-Lain ......................................................................................................... 58 4.6 Latihan ............................................................................................................ 59 4.7 Rangkuman .................................................................................................... 59 4.8 Evaluasi .......................................................................................................... 60 BAB V PENUTUP ...................................................................................................... 63 5.1 Simpulan ......................................................................................................... 63 5.2 Tindak Lanjut .................................................................................................. 63 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 64 GLOSARIUM............................................................................................................... 65 KUNCI JAWABAN ...................................................................................................... 67 iii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Keuntungan dan Keterbatasan Berbagai Jenis Pisometer ...................... 10 Tabel 3.1. Kelemahan dan Keuntungan Instrumen ................................................ 40 Tabel 3.2. Kondisi yang Mempengaruhi Pemilihan Jenis dan Banyak Instrumen . 43 iv PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Pisometer Sistim Terbuka ................................................................ 12 Gambar 2.2. Pisometer Sistim Terbuka dan Alat Bacanya ................................... 12 Gambar 2.3. Perbedaan Prinsip Antara Standpipe Piezometer Dengan Observation Well ................................................................................................... 14 Gambar 2.4. Mata Pisometer Hidraulik dan Double Tubing-Nya ......................... 15 Gambar 2.5. Drum Pemanas (Atas) dan Deairing Unit Untuk Mengeluarkan Gelembung Udara Pada Sistim Hidraulik (Bawah) ......................... 15 Gambar 2.6. Prinsip Pembacaan Pisometer Hidraulik ......................................... 15 Gambar 2.7. Skematik dan Prinsip Kerja Pisometer Pneu .................................... 16 Gambar 2.8. Prinsip Pembacaan Pisometer Pneumatik ...................................... 17 Gambar 2.9. Pisometer Tipe Geonor dan BRS ..................................................... 18 Gambar 2.10. Prinsip Kerja Vibrating Wire Piezometer ......................................... 18 Gambar 2.11. Alat Pengukur Tegangan Tanah Total ............................................ 19 Gambar 2.12. Detail Alat Pengukur Tegangan...................................................... 20 Gambar 2.13. Total Pressure Cell Pada Bendungan Urugan Tanah .................... 21 Gambar 2.14. VW Pressure Cell ............................................................................ 22 Gambar 2.15. Alat Pengukur Beban Dengan Menggunakan Strain Gauge .......... 22 Gambar 2.16. Detail Percabangan Strain Meter .................................................... 23 Gambar 2.17. Patok Geser Permukaan (Surface Monuments) ............................. 24 Gambar 2.18. Penempatan Titik Referensi dan Pergerakan Awal ....................... 25 Gambar 2.19. Ekstensometer dan Elemen Penurunan ........................................ 26 Gambar 2.20. Hydraulic Settlement Cell ................................................................ 28 Gambar 2.21. ADFSD yang Mengelilingi Bendungan ........................................... 30 Gambar 2.22. Unit Inklinometer dan Prinsip Kerjanya ........................................... 31 Gambar 2.23. Hasil Pembacaan Inclinometer ....................................................... 32 Gambar 2.24. Alat Ukur Rembesan dan Sistim Remotenya ................................. 34 Gambar 2.25. Alat Ukur Parshall Flume ................................................................ 34 Gambar 2.26. Sistim Penempatan Alat Pengukur Rembesan ............................. 35 Gambar 2.27. Diagram Komponen Aselerograf..................................................... 35 Gambar 2.28. Accelerograph dan Rekamannya ................................................... 37 Gambar 3.1. Bendungan Wadaslintang, Jawa Tengah dan Instrumentasinya ..... 41 Gambar 3.2. Penampang Fondasi Bendungan Manggar, Kalimantan Timur ....... 42 v PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 4.1. Contoh Lay Out Penempatan Instrumen Pada Suatu Bendungan ...... 51 Gambar 4.2. Instrumentasi Geoteknik Dengan Sistem Data Akuisisi Otomatik (Automated Data Acquisition System, ADAS) ..................................... 52 Gambar 4.3. Konfigurasi Sistem Datalogger Berdiri Sendiri ...................................... 52 Gambar 4.4. Instrumentasi di Bendungan Krenceng, Cilegon, Berupa Pisometer Pipa Tegak Pada Fondasi dan Tubuh Bendungan dan Garis Freatiknya..... 55 Gambar 4.5. Instrumentasi di Bendungan Batutegi, Lampung yang Cukup Lengkap 56 Gambar 4.6. Penempatan Kabel/ Tubing Untuk Mengurangi Potensi Rembesan ..... 57 Gambar 4.7. Penghalang Rembesan yang Dipasang di Beberapa Tempat Untuk Mengantisipasi Terhadap Rembesan Melalui Bidang Kontak Kabel/Tubing Dengan Timbunan Tanah ............................................... 58 vi PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL Deskripsi Modul Instrumentasi Bendungan Urugan terdiri dari tiga kegiatan belajar mengajar. Kegiatan belajar pertama membahas tentang jenis dan fungsi instrumen. Kegiata belajar kedua membahas tentang dasar pemilihan instrumen. Kegiatan belajar kegita membahas tentang perencanaan dan penempatan instrumen. Peserta pelatihan mempelajari keseluruhan modul ini dengan cara yang berurutan. Pemahaman setiap materi pada modul ini diperlukan untuk memahami perencanaan instrumentasi 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 inti dari Perencanaan Bendungan. Untuk menambah wawasan, peserta diharapkan dapat membaca terlebih dahulu materi sebelumnya terkait geoteknik bendungan. Metode Dalam pelaksanaan pembelajaran ini, metode yang dipergunakan adalah dengan kegiatan pemaparan yang dilakukan oleh Widyaiswara/ Fasilitator, adanya kesempatan tanya jawab, curah pendapat, bahkan diskusi. Alat Bantu/ Media Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran ini, diperlukan Alat Bantu/ Media pembelajaran tertentu, yaitu: LCD/ proyektor, Laptop, white board dengan spidol dan penghapusnya, bahan tayang, serta modul dan/ atau bahan ajar. vii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Tujuan Kurikuler Khusus Setelah mengikuti semua kegiatan pembelajaran dalam mata pelatihan ini, peserta diharapkan mampu memahami perencanaan instrumentasi bendungan pada bendungan urugan. viii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bendungan urugan adalah bangunan sipil yang paling kompleks yang sangat berbahaya bila mengalami kerusakan. Kerusakan pada suatu bendungan akan menimbulkan bencana besar bagi daerah disebelah hilirnya baik berupa harta benda maupun korban jiwa. Kerusakan atau runtuhnya suatu bendungan dapat terjadi karena beberapa hal, diantaranya adalah: melimpasnya air diatas mercu bendungan (overtopping), longsornya lereng bendungan (sliding), terbawanya butiran tanah dari tubuh bendungan (internal erosionatau “piping”) dan lain sebagainya. Berdasarkan statistik dan penelitian para ahli, menyatakan bahwa lebih kurang 85% kerusakan bendungan adalah disebabkan oleh pengaruh hidraulik dan rembesan air, yang biasanya sulit dihitung secara teliti, hal ini berarti bahwa desain suatu bendungan tidak semuanya dapat dihitung secara teoritis. Untuk dapat melakukan perencanaan instrumentasi geoteknik pada suatu bendungan urugan secara efisien dan tepat sasaran, perencana perlu memahami prinsip-prinsip dasar instrumentasi, termasuk jenis instrumen, pemilihan jenis, dan lain sebagainya. Dalam rangka meningkatkan pelaksanaan pengelolaan sumber daya air di wilayah-wilayah sungai, kemampuan para pengelola BBWS/ BWS perlu ditingkatkan. Oleh karena itu perlu dilakukan pelatihan-pelatihan bagi para personil BBWS/ BWS, terutama dalam bidang instrumentasi bendungan urugan. Oleh karena itu, perlu dibuat modul instrumentasi bendungan urugan yang membahas mengenai jenis-jenis, pemilihan jenis, filosofi pemilihan dan desain penempatan instrumen yang sesuai dengan kebutuhan, dan lain- lainnya. 1 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN 1.2 Deskripsi Singkat Mata pelatihan ini membekali peserta dengan pengetahuan terkait dengan jenis dan fungsi instrumen; dasar pemilihan instrumen; perencanaan dan penempatan instrumen. 1.3 Tujuan Pembelajaran 1.3.1 Hasil Belajar Setelah mengikuti semua kegiatan pembelajaran dalam mata pelatihan ini, peserta diharapkan mampu memahami perencanaan instrumentasi bendungan pada bendungan urugan. 1.3.2 Indikator Hasil Belajar Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta pelatihan diharapkan mampu: a) Menjelaskan jenis dan fungsi instrument b) Menjelaskan dasar pemilihan instrumen c) Menjelaskan perencanaan dan penempatan instrument 1.4 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok a) Materi Pokok 1: Jenis dan Fungsi Instrumen 1) Umum 2) Prinsip Dasar Instrumentasi 3) Manfaat Instrumentasi 4) Jenis-Jenis Instrumen 5) Latihan 6) Rangkuman 7) Evaluasi b) Materi Pokok 2: Dasar Pemilihan Instrumen 1) Umum 2) Kalibrasi Awal 3) Latihan 4) Rangkuman 5) Evaluasi 2 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN c) Materi Pokok 3: Perencanaan dan Penempatan Instrumen 1) Umum 2) Lokasi Instrumen 3) Sistim Otomatisasi 4) Penempatan Instrumen 5) Lain-Lain 6) Latihan 7) Rangkuman 8) Evaluasi 3 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN 4 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN BAB II JENIS DAN FUNGSI INSTRUMEN Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan jenis dan fungsi instrumen bendungan urugan. 2.1 Umum Pemasangan instrumen geoteknik pada suatu bendungan urugan tanah, tergantung dari sifat-sifat perlapisan tanah/ batuan yang dipengaruhi oleh: faktor-faktor sejarah geologi lapisan-lapisan tanah/ batuan, serta waktu dan beban-beban lain yang bekerja. Hal tersebut terjadi hampir pada semua pekerjaan geoteknik yang selalu menunjukkan kondisi yang berbeda dalam perencanaan dan kenyataannya di lapangan. Bila perencanaan/ desain terlalu konservatif atau sebaliknya, hal tersebut malahan kurang aman. Terlalu konservatif berarti terlalu mahalnya suatu kontruksi, sedangkan suatu kegagalan akan berarti kerugian material, waktu dan korban jiwa. Parameter geoteknik yang perlu dipantau dalam kontruksi suatu bendungan urugan tanah, baik selama pelaksanaan konstruksi maupun operasinya untuk mengetahui perilaku bendungan, yaitu deformasi baik vertical maupun horizontal, rembesan, muka air preatis atau tekanan air pori serta kegempaan yang mempengaruhi keamanan bendungan dan bangunan pelengkapnya. Adapun tujuan dari instrumentasi bendungan ini adalah untuk memantau perilaku bendungan yang diakibatkan oleh gaya-gaya yang bekerja pada bendungan yang menyebabkan terjadinya deformasi, rembesan air dan tekanan air pori, dan lain-lainnya. Pemantauan instrumen ini diperlukan saat pelaksanaan konstruksi, pengisian pertama dan selama operasi waduk. 2.2 Prinsip Dasar Instrumentasi Pada prinsipnya instrumen geoteknik yang dipasang pada bendungan dan bangunan pelengkapnya harus memenuhi persyaratan sebagai berikut : a) Cukup kuat dan akurat. b) Handal dan tahan lama yang sangat tergantung pada harga 5 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN c) Biaya pemeliharaan serendah mungkin. d) Sederhana dan mudah dalam pemeliharaan. e) Mudah dilaksanakan pemasangan dan penggantian komponen serta tidak mengganggu kontruksi. Faktor - faktor yang mempengaruhi pemasangan instrumen bendungan adalah: a) Tipe bendungan, dimensi bendungan dan volume waduk. b) Kondisi topografi, geologi, geologi teknik, dan kegempaan setempat. c) Tingkat permasalahan pada tahap desain dan pelaksanaan kontruksinya. d) Tingkat resiko dan kelas bahaya yang mungkin terjadi. Instrumentasi tersebut harus ditangani oleh suatu tim yang didukung fasilitas dan dana yang memadai. Petugas-petugas harus dilatih dengan baik, sehingga memahami tugas dan instrumen-instrumen yang dipasang, karena kesalahan dalam memproses data akan dapat menyebabkan kesalahan dalam evaluasi dan analisis. Alat-alat ini perlu selalu dirawat dan di kalibrasi secara berkala serta alat-alat ini harus dipelihara dan dibaca oleh petugas yang terlatih dan bertanggung jawab. Untuk bendungan baru, pemantauan/monitoring instrumentasi biasanya dilakukan lebih intensif, terutama pada tahap konstruksi dan pengisian awal. Sedangkan untuk bendungan lama, pemantauan dapat dilakukan lebih jarang, kecuali terjadi peristiwa luar biasa (misalnya gempa bumi). Musim kemarau yang berkepanjangan, akan dapat mengakibatkan terjadinya keretakan/ rekahan di dalam tubuh bendungan, sehingga perlu perhatian terhadap perilaku tekanan air pori dan rembesan. Pada prinsipnya, parameter dasar yang harus diukur yang mempengaruhi keperluan instrumentasi, adalah : a) Debit dan kualitas air rembesan. b) Deformasi (vertikal & horizontal). c) Tekanan air pori/muka air freatis. d) Vibrasi (bila bendungan tinggi dan terletak pada zona gempa sedang - tinggi). 6 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Penentuan jumlah, jenis, dan lokasi instrumen yang diperlukan pada bendungan atau tanggul hanya dapat dilakukan secara efektif berdasarkan gabungan antara pengalaman, akal budi, dan intuisi. Setiap bendungan urugan mempunyai permasalahan khusus, dan memerlukan solusi tersendiri untuk persyaratan instrumentasi. Oleh karena itu, dalam mendesain sistem instrumentasi perlu dipahami, dan dipertimbangkan pengaruh kondisi geoteknik tubuh bendungan, fondasi, ebatmen, dan tebing waduk. Geoteknik merupakan bagian utama dalam desain bendungan, seperti desain bendungan di atas kondisi fondasi yang sulit, tingkat bahaya tinggi di hilir, adanya masalah secara visual, lokasi yang terpencil, operasi yang tidak terkendali secara normal atau hal lain yang menuntut penyediaan instrumentasi. Keadaan alat harus dipahami, dan jelas tujuannya, termasuk sistem struktur tanah atau batuannya. Tenaga yang berkecimpung dalam pemasangan instrumentasi lapangan harus mengerti tentang ilmu mekanika, dan fisika dasar yang terkait, dan berbagai instrumen yang cocok untuk berfungsi dalam kondisi yang dihadapi. 2.3 Manfaat Instrumentasi Pemasangan instrumen bendungan urugan mempunyai arti yang sangat penting, karena dapat bermanfaat sebagai : a) Perkiraan secara analitis keamanan bendungan; b) Perkiraan perilaku jangka panjang; c) Evaluasi legal (aspek hukum); d) Pengembangan, dan verifikasi untuk desain yang akan datang. Untuk dapat memenuhi hal tersebut, data hasil pengamatan instrumentasi harus merupakan data lengkap dan dapat dipertanggung jawabkan tingkat ketelitiannya. Data tersebut antara lain, berupa: data kuantitatif untuk menilai atau menaksir besarnya tekanan air pori, deformasi, tegangan total, bocoran, temperatur, kejadian gempa, dan muka air waduk. Berbagai variasi instrumen dapat digunakan dalam program pemantauan secara lengkap untuk menentukan semua kondisi kritis suatu bendungan. 7 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Manfaat lain dari instrumentasi adalah: a) Verifikasi desain; parameter-parameter yang digunakan dalam desain dapat diperiksa melalui alat yang dipasang pada saat kontruksi. Hal ini mengingat pada waktu desain biasanya digunakan asumsi-asumsi yang konservatif mengenai karakteristik material dan struktural. Berdasarkan hasil pembacaan instrumen di lapangan yang kemudian dibandingkan dengan anggapan/ asumsi desain, untuk memastikan apakah parameter- parameter desain sesuai dengan hasil-hasil pengukuran yang dilakukan. b) Prediksi; bila pembacaan instrumen dilakukan pada saat atau selama kontruksi, kita akan dapat memprediksi kondisi bangunan dan kinerjanya serta jika ditemui penyimpangan/bias segera dilakukan perbaikannya. Sedangkan pada bendungan-bendungan lama, juga bisa diprediksi kinerja dan keamanan serta kondisinya apakah dalam kondisi aman atau tidak, sehingga dapat memberikan masukan untuk pemeliharaan kedepan. c) Penelitian; dengan mempelajari kinerja dan perilaku dari suatu bendungan berdasarkan data instrumentasi, kita dapat mengetahu gaya- gaya yang bekerja pada bendungan yang sudah ada atau parameter desain yang benar di lapangan, sehingga kita dapat memahami lebih dalam yang nantinya sangat bermanfaat dalam memberikan masukan- masukan pada perencana dan pengelola bendungan. Berdasarkan analisis dan evaluasi data dari pembacaan instrumen yang ada kita bisa mengetahui beberapa hal yang menyebabkan terjadinya kerusakan bendungan, antara lain; 1) Kondisi geologi yang kurang diperhatikan, baik pondasi bendungan maupun kedua bukit tumpuan. 2) Erosi buluh yang terjadi melalui pondasi atau tubuh bendungan. 3) Retakan memanjang akibat perbedaan penurunan di sepanjang bidang antara zona yang berdekatan. 4) Kerusakan karena tersumbatnya sistim drainase. 5) Limpasan air lewat puncak bendungan karena kapasitas bangunan pelimpah tidak mencukupi. 8 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN 6) Retak melintang karena terjadi perbedaan penurunan antara timbunan tubuh bendungan dengan bukit tumpuan yang curam yang dapat mengakibatkan terjadinya rekah hidraulik. 2.4 Jenis-Jenis Instrumen Parameter-paremeter yang perlu diamati yang berkaitan dengan bendungan urugan, adalah : a) Tekanan air pori b) Pergerakan vertikal dan horizontal c) Rembesan d) Tegangan tanah total e) Beban atau gaya Untuk mengukur parameter-parameter tersebut di atas, berbagai jenis instrumen di uraikan di bawah ini. 2.4.1 Alat Ukur Tekanan Air Pori Pada pemeriksaan kestabilan serta pengawasan konstruksi pekerjaan tanah, diperlukan data perubahan tekanan air pori pada tempat tertentu sebelum kita bisa menganalisis prinsip-prinsip tekanan effektif. Prinsip dasar bekerjanya pisometer adalah bahwa suatu elemen yang porus dari pisometer dimasukkan ke dalam tanah, sehingga air tanah dapat masuk kedalamnya dan terkumpul di dalam unit elemen. Pengukuran permukaan air atau tekanan air di dalam alat pisometer dapat dapat digunakan untuk enghitung besarnya tekanan air pori. Sejumlah alat pengukur tekanan air pori telah dikembangkan selama 4 dekade ini. Mata pisometer dibuat sedemikian rupa, agar dapat mengukur tekanan air pori pada lapisan tanah yang jenuh sebagian atau jenuh sempurna, pada pekerjaan pemadatan tanah timbunan, bidang pertemuan tanah dan dinding atau pondasi tiang serta pada suatu struktur yang mendapat beban dinamik. Pisometer juga dapat digunakan untuk mengukur elevasi muka air freatis yang terjadi di dalam tubuh bendungan. 9 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Berdasarkan prinsip kerjanya, terdapat 2 macam pisometer, yaitu sistem terbuka dan sistem tertutup. Jenis alat ukur tekanan air pori dan air tanah sistem terbuka, diantaranya adalah : a) Pisometer pipa tegak (standpipe piezometer), yang terdiri atas : 1) Porous-tube pisometer, yakniujung pipa (mata pisometer) berupa pipa berlubang-lubang/perforasi yang porous) 2) Slotted pipe pisometer (mata pisometer dari pipa yang digergaji dengan spasi tertentu) b) Pipa atau sumur pengamatan (observation well) Sedangkan sistem tertutup, diantaranya adalah : a) Pisometer pipa ganda hidraulik (hydraulic twin-tube pisometer) b) Pisometer pnumatik (dengan tekanan gas, pneumatik pisometer) c) Pisometer elektrik (electric pisometer) Keuntungan dan keterbatasan dari jenis pisometer tersebut dapat dilihat pada tabel dibawah. Tabel 2.1. Keuntungan dan Keterbatasan Berbagai Jenis Pisometer 10 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN a) Pisometer Pipa Tegak Terbuka Jenis ini adalah yang paling sederhana dan telah dipergunakan secara luas pada lapisan tanah yang pervious atau semi pervious. Prinsip kerjanya adalah: air tanah masuk melalui bagian pipa yang ujung bawahnya diberi bagian yang porous yang bisa dilewati air (tanpa membawa butiran tanah) dengan cara membungkus mata pisometer dengan lapisan filter, sehingga air di dalam pipa tersebut akan memperoleh keseimbangan dengan air tanah di luar pipa. Cara pemasangan biasanya dilakukan dengan bantuan mesin bor, tetapi ada juga dapat ditekan ke dalam lapisan tanah yang lunak. Tekanan air pori dihitung sebagai perbedaan elevasi muka air di dalam pipa dengan elevasi mata pisometer, yang diukur secara manual menggunakan alat ukur (dipmeter). Mata pisometer yang lazim digunakan adalah tipe Casagrande dimana elemen porous atau mata pisometernya terbuat dari keramik dengan pori-pori yang ukurannya beberapa mikron, tergantung jenis tanah yang akan diukur. Bagian yang porous ini ada juga yang terbuat dari filter dengan bahan bronze yang porous (diciptakan oleh NGI). Bila tekanan dalam pipa sampai melebihi tinggi air maksimum di dalam pipa, misalnya pada tekanan lapisan artesis, maka digunakan manometer Bourdon. Perlu diingat bahwa gelembung udara harus dikeluarkan dari dalam pipa, agar hasil pengukurannya teliti. Jenis mata pisometer ditentukan berdasarkan ukuran pori-porinya, misalnya jenis "low air entry" dan "high air entry". Mana yang akan digunakan tergantung jenis tanah/ batuannya. 11 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.1. Pisometer Sistim Terbuka Gambar 2.2. Pisometer Sistim Terbuka dan Alat Bacanya 12 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Filter dan mata pisometer harus dijenuhkan terlebih dulu sebelum dipasang, supaya udara tidak masuk ke dalam pori-pori mata pisometer, sehingga tekanan udara dapat melampaui tegangan kapiler di dalam pori- pori tanah. Bila tegangan kapiler telah dilampaui, maka gelembung udara akan mendesak air ke luar dari pori, dan tegangan pada kondisi kritis ini disebut nilai "air entry" atau "bubling pressure". Ukuran pori dapat ditentukan secara tidak langsung dari pengukuran nilai "air entry". Dengan menggunakan persamaan tekanan air dalam tabung kapiler, dapat dihitung ukuran porinya. Misalnya nilai "air entry" antara 100 - 600 kPa adalah setara dengan ukuran sebesar 2 - 0.5 mikron diameter pori-porinya; semakin tinggi nilai air entry, semakin sulit udara masuk ke dalam pori-pori filter. Dipasaran dikenal dua macam mata pisometer, yakni : 1) High air entry, diameter pori sekitar 1 dengan koefisien permeabilitasnya sekitar 10-6 cm/det, digunakan untuk tanah yang jenuh sebagian atau akan mengalami tekanan air pori negatif. 2) Low air entry, diameter pori sekitar 60 dengan koefisien permeabilitasnya sekitar 10-2 cm/det, dan digunakan untuk tanah yang selalu jenuh air. Yang pertama menggunakan jenis high air entry pisometer adalah Bishop et. al. (1960) Perlu diperhatikan bahwa high air entry pisometer tip harus benar-benar dijenuhkan sebelum dipasang, dengan cara merebus mata (tip) pisometer tersebut selama 24 jam agar mencapai penjenuhan yg sempurna. 13 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.3. Perbedaan Prinsip Antara Standpipe Piezometer Dengan Observation Well b) Pisometer Hidraulis Pada sistem ini, elemen porous dari mata pisometer dihubungkan dengan dua buah pipa plastik kembar (twin tubing) yang lentur (flexible) dan dihubungkan dengan alat baca berupa manometer air raksa, manometer Bourdon atau electronic tranducer. Berbeda dengan pisometer pipa terbuka, alat baca pisometer jenis ini dapat ditempatkan cukup jauh dan beberapa pisometer dapat dikumpulkan tubingnya untuk dihubungkan dengan alat baca di dalam suatu gardu, instrumen. Twin tubing harus diisi dengan air yang telah bebas dari gelembung udara (dengan cara direbus dan divakum terlebih dahulu) untuk menghindari kesalahan pembacaan. Elemen porous mata pisometer biasanya terbuat dari keramik; jenis mata pisometer juga terdiri dari : 1) High air entry, diameter pori-pori sekitar 1 mikron, permeability 10-6 cm/detik, dipergunakan pada tanah yang jenuh sebagian atau yang diperkirakan mengalami tekanan air pori negatif. 2) Low air entry, diameter pori -pori sekitar 60 mikron, permeability 10-2 cm/detik, dipergunakan pada tanah yang jenuh air. Jenis pisometer ini dapat untuk mengukur tekanan air pori, baik yang positif maupun yang negatif. 14 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.4. Mata Pisometer Hidraulik dan Double Tubing-Nya Gambar 2.5. Drum Pemanas (Atas) dan Deairing Unit Untuk Mengeluarkan Gelembung Udara Pada Sistim Hidraulik (Bawah) Gambar 2.6. Prinsip Pembacaan Pisometer Hidraulik Catatan : Karena pengoperasian dan pembacaannya yang cukup kompleks, maka jenis pisometer hidraulis ini sekarang jarang digunakan. 15 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN c) Pisometer Pneumatis Pada prinsipnya sistim ini bekerja dengan dasar, bahwa tekanan air pori yang bekerja membran/ diafragma pada mata pisometer diimbangi dengan memberikan tekanan gas pneumatik, seperti diagram berikut : Gambar 2.7. Skematik dan Prinsip Kerja Pisometer Pneu Mekanisme kerjanya adalah sebagai berikut: tekanan pneumatik dipompakan dari unit alat baca yang mempunyai regulator dan signal untuk mengatur kapan terjadi keseimbangan antara tekanan udara yang masuk (biasanya nitrogen) dan tekanan air pori. Pembacaan dilakukan pada keadaan yang telah mencapai keseimbangan dengan menggunakan manometer Bourdon atau alat baca digital lainnya. Sistem twin tubing mirip dengan pisometer hidraulis, hanya disini berisi udara (gas nitrogen). Cara pemasangan juga mirip dengan pisometer hidraulik. Sistem ini tidak dianjurkan untuk dipasang pada lapisan yang diperkirakan akan terjadi tekanan negatif. Jenis pisometer pneumatik ini dapat memberikan respons yang cukup cepat terhadap perbedaan tekanan air pori dalam waktu yang singkat, juga dapat digunakan di tempat dimana terjadi perbedaan elevasi yang cukup siknifikan antara mata pisometer dengan alat bacanya. 16 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.8. Prinsip Pembacaan Pisometer Pneumatik d) Vibrating Wire Pisometer Jenis ini menggunakan prinsip vibrating wire, sama seperti halnya pada pengukuran beban. Tekanan air pori yang masuk melalui filter direspons oleh diafragma yang menekan vibrating wirenya, dimana frequency yang berubah dicatat pada alat baca, sehingga perubahan tekanan air pori dapat diketahui. 17 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.9. Pisometer Tipe Geonor dan BRS Untuk menghindari rusaknya sistem elektris terhadap bahaya petir, maka disarankan agar kabel-kabel terbungkus cukup rapat dan tebal kemudian ditanam ke dalam tanah. Pemasangan sistim anti petir sebaiknya dilakukan oleh ahli yang berkompeten. Gambar 2.10. Prinsip Kerja Vibrating Wire Piezometer 18 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN 2.4.2 Alat Ukur Tekanan Tanah Total Alat tekanan tanah total ini dipasang untuk mengukur : a) Tegangan-tegangan pada bidang pertemuan antara suatu konstruksi yang kaku dengan timbunan tanah. b) Tegangan yang terjadi di dalam tanah/batuan pada kondisi pembebanan tertentu. Pengukuran tegangan total ini biasanya disertai dengan pengukuran tegangan air pori untuk memperoleh tegangan effektif. Pengukuran tegangan dengan alat total pressure cell ini dapat dilakukan pada berbagai kondisi pembebanan yang terjadi, terutama pada keadaan lokasi/ penampang bendungan yang dianggap paling berbahaya. Beberapa alat pengukur tekanan tanah total tersebut diuraikan di bawah. a) Hydraulic/ Pneumatic Pressure Cell Alat ini terdiri dari cell berupa 2 keping logam yang cukup kuat, tipis dan tidak mudah berkarat. Celah antaranya terisi cairan yang dapat diukur tegangannya akibat tekanan tanah atau batuan yang bekerja di sekelilingnya. Cairan berupa minyak bila digunakan pada alat pada lapisan tanah, sedangkan untuk lapisan batuan digunakan air raksa yang membentuk sistem hidraulis tertutup. Gambar 2.11. Alat Pengukur Tegangan Tanah Total Instrumen ini juga digunakan untuk mengukur besarnya tegangan- tegangan normal pada bagian bangunan yang hasilnya kemudian dibandingkan dengan hasil analisis. Pada bendungan beton tipe busur, instrumen ini digunakan untuk mengukur tegangan arah horisontal dan tegak 19 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN lurus terhadap elemen busur tipis yang berdekatan dengan puncak bendungan. Meskipun didesain hanya untuk mengukur tegangan tekan saja, tetapi dapat juga digunakan untuk mengukur tegangan tarik. Hal tersebut dapat dilakukan dengan cara menetapkan nilai nol tegangan setelah beton mengalami proses pengikatan. Pada keadaan ini alat tidak diberi beban sampai menunjukkan tegangan tarik sebenamya. Detil alat pengukur tekanan dapat diperiksa pada gambar di bawah ini. Gambar 2.12. Detail Alat Pengukur Tegangan Alat stress meter ini terdiri dari diafragma yang berisi air raksa berbentuk pelat. Di dalam ruang yang ada di bagian dalam terdapat alat-alat pengukur yang menonjol di bagian sampingnya. Pusat pelat di bawah ruang pelat pengukur tersebut bersifat fleksibel yang disebabkan oleh adanya penipisan. Air raksa yang berhubungan langsung dengan pelat menyebabkan pelat tersebut dapat terdefleksi secara elastis sesuai dengan besarnya intensitas tekanan yang terjadi. Alat ini juga dapat mengukur intensitas tegangan sebagai akibat berubahnya perbandingan tahanan dari dua coil pengukur regangan elastisnya. Selain itu, alat tersebut juga dapat mengukur temperatur bagian dalam bangunan dengan cara memasang secara seri tahanan di antara dua coil tersebut. 20 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.13. Total Pressure Cell Pada Bendungan Urugan Tanah Cell instrumen tersebut dihubungkan dengan transducer elektrik secara pneumatis atau hydraulis, dan bersama-sama dipasang di dalam sturktur (beton) atau tanah/ batuan yang akan diukur tekanannya. Twin tubing dari nylon menghubungkannya dengan alat baca yang berupa manometer atau digital LCD (Liquid Crystal Display). b) Vibrating Wire (VW) Pressure Cell Prinsip kerja alat ini menggunakan sistem pengukuran frekuensi kawat baja yang berubah-ubah karena tegangannya yang berubah juga, dan terbaca dalam suatu medan magnit yang dibangkitkan dari kumparan. Alat baca (readout unit) harus dikalibrasikan antara frekuensi dengan beban, seperti gambar di awah ini. Pelindung luar harus cukup kuat terhadap beban statis atau dinamis, misalnya pada turap baja yang dipancang, seperti yang dibuat oleh NGI (Norwegian Geotechnical Institute). 21 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.14. VW Pressure Cell c) Strain Gauge Load Cell Pada umumnya, alat pengukur beban ini dipasang pada batang angkur di dalam suatu galeri atau tumpuan. Prinsip kerjanya berdasarkan tahanan listrik suatu logam yang berubah karena deformasi akibat beban yang bekerja. Pengukuran strain gauge yang dipasang pada load cell ini menggunakan sistem jembatan Wheatstone. Alat baca ini juga dikalibrasikan terlebih dahulu terhadap beban. Gambar 2.15. Alat Pengukur Beban Dengan Menggunakan Strain Gauge d) Alat Pengukur Regangan (Strain Meter) Instrumen ini dikembangkan oleh R.W. Calson berupa "vibrating wire" seperti VWP. Prinsip dasar bekerjanya alat ini adalah mengubah tarikan pada kawat elastis menjadi besaran tahanan. Selain itu, sensor tersebut dapat mengubah temperatur kawat menjadi besaran tahanan kawat tersebut. Strain meter joint meter (SM), dan stress meter adalah merupakan 22 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN instrumen-instrumen yang menggunakan prinsip regangan, perpindahan tempat (alihan), tegangan, dan perubahan temperature. SM terdiri dari satu atau lebih strain meter, bentuk rangka laba-laba pendistribusi arah, kabel, dan sistem alat baca. Tujuan dipasangnya instrumen ini adalah untuk mengetahui besarnya regangan antara bendungan dan tumpuan/ fondasi atau diantara komponen- komponen bendungannya sendiri. Untuk penghematan tempat, biasanya dibuat percabangan arah dari suatu titik yang ditinjau. Pada gambar di bawah diperlihatkan percabangan dari strain meter yang disebut "strain meter spider". Gambar 2.16. Detail Percabangan Strain Meter 2.4.3 Alat Ukur Pergerakan a) Patok Geser (Surface monuments) Alat ini berupa patok/monument dipasang untuk mengukur pergerakan permukaan tanah (vertical dan horizontal) di sekeliling struktur yang diamati, misalnya di bagian puncak dan lereng bendungan. Patok/ monument tersebut harus cukup kuat tertanam, stabil dan mudah diakses oleh petugas pengukur. Alat pengukur pergerakan permukaan atau Surface Movement Devices (SMD), digunakan untuk memantau gerakan horisontal dan vertikal dari bendungan, fondasi, dan bangunan-bangunan pelengkap lainnya. Instrument ini berupa unit/ alat yang sederhana. Umumnya, terdiri dari beton yang dicor kedalam lubang-lubang bor. Sedangkan baja tulang atau 23 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN angker diikatkan dalam "Survey Monument" beton. Kedalaman lubang tergantung dari posisinya, tetapi pada umumnya minimum sebesar 1,20 m. Gambar 2.17. Patok Geser Permukaan (Surface Monuments) Suatu titik tetap (Bench Mark) pada bangunan yang ada (lama) dapat dipakai sebagai titik pengukuran awal (referensi) pada arah horizontal maupun vertikal. Titik-titik tetap tersebut sebagai titik referensi sebaiknya dibuat di luar dari bagian yang masih dapat dipengaruhi oleh pergerakan dari bangunan yang diukur. Paling tidak diperlukan dua buah titik tetap yang secara periodik diperiksa ketelitiannya. Dengan bertambahnya kemanjuan di bidang elektronika maka telah ditemukan alat pengukur jarak dan perpindahan horizontal yang lebih teliti. Cara pengukuran dapat dilakukan dengan dengan cara tertutup, yakni melakukan pengukuran terhadap titik-titik SMD yang diikat pada dua titik referensi (BM). Hasil pengukuran pada 3 arah (X,Y dan Z) pada waktu tertentu dapat diketahui dengan membandingkan dengan hasil pengukuran awal yang telah dibuat. Perlu diperhatikan agar di dalam menentukan titik referensi atau titik-titik BM, lokasinya supaya terletak di luar daerah yang di pengaruhi oleh bangunan tersebut. 24 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.18. Penempatan Titik Referensi dan Pergerakan Awal b) Magnetic Extensometer Alat ini dipasang untuk mengukur pergerakan vertikal (penurunan) dari lapisan tanah yang tidak hanya berupa timbunan, tetapi juga pada fondasi melalui lubang bor. Sistem pipa bersifat telescoping dengan pipa besar dan kecil yang dipasang vertikal dengan sedikit toleransi beberapa derajat. Pada lapisan-lapisan yang ingin diketahui pergerakannya dipasang cincin magnet di sekeliling pipa akses/ inklinometer, baik berupa piringan maupun dengan sistem pegas yang dapat bergerak bebas di sekeliling pipa akses tersebut. Dengan memasukkan alat baca (reed switch probe) yang dapat berbunyi bila menyentuh medan magnet dari cincin penurunan, maka posisi cincin magnet tersebut dapat ditentukan dengan tepat, yakni jaraknya terhadap datum yang dipasang di bagian bawah pipa. Diameter lubang cincin magnet sekitar 90-120 mm. Diameter luar (o.d) pipa akses/ inklinometer adalah 33.5 mm, dan diameter dalam (i.d.) 24.5 mm, panjang 3.00 m, dan pipa penyambung (coupling) o.d. 40.0 mm, dan i.d. 34.0 mm. 25 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.19. Ekstensometer dan Elemen Penurunan Jenis dan macam cincin magnet tersebut, adalah : 1) Cincin magnet dengan kaki pegas (spider magnet); alat ini biasanya dipasang di lapisan fondasi melalui lubang bor. Pegas-pegas di ikat dengan tali nylon pada waktu pemasukkan ke dalam pipa, bila telah mencapai posisi yang dikehendaki, tali pengikat dilepas dengan pisau khusus dari permukaan secara pneumatis, dengan demikian kaki-kaki pegas terbuka dan menekan dinding lubang dengan kuat. 2) Cincin magnet dengan panah (arrowhead magnet); alat ini juga biasanya dipasang di lapisan fondasi melalui lubang bor.Tekanan pneumatik dipompakan untuk mendorong panah-panah dari alat keluar menusuk dinding lubang, setelah alat mencapai kedalaman yang ditentukan; alat ini sesuai digunakan untuk tanah yang agak padat atau batuan lunak. 3) Cincin magnet dengan pelat PVC; alat ini dipasang saat pelaksanaan timbunan bendungan, sesuai dengan kemajuan penimbunan pada posisi yang telah ditentukan, diameter pelat PVC ini sekitar 30 cm. 26 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN c) Hydraulic Settlement Cell Instrumen ini dipasang pada timbunan (tubuh bendungan) tanpa menggunakan batang-batang atau pipa-pipa vertikal yang dapat mengganggu kelancaran pemadatan. Prinsip kerjanya adalah mengukur permukaan air di dalam cell melalui tubing ke manometer air raksa yang dipasang di gardu Pengamatan. Air yang telah bebas dari gelembung udara dimasukkan dari gardu pembacaan, ke dalam cell melalui tubing air; air yang melimpas di dalam cell dikembalikan melalui tubing balik/ drainasi. Sirkulasi air dilakukan terus dilakukan sedemikian rupa, sehingga semua gelembung-gelembung udara keluar dari sistim, kemudian kran ditutup dan tekanan udara dimasukkan ke cell melalui tubing udara secara menerus, sehingga semua air kecuali yang dislinder tengah akan dikeluarkan melalui tubing drainase. Permukaan air di dalam cell (bidang A) adalah sama dengan tekanan udara luar melalui tubing udara, maka tingginya dapat dibaca dari manometer air raksa. Perubahan permukaan A dapat dibaca pada manometer yang dapat diinterpretasikan sebagai perubahan elevasi air di dalam cell tersebut. Instrumen ini dapat mencatat perubahan elevasi dari – 5 m sampai + 40 m tinggi kolom air terhadap gardu pembacaan dengan ketelitian ± 1 cm. Cell ini biasanya dipasang di dalam pasir yang dipadatkan atau di dalam beton. Untuk memperkuat dudukannya, maka di dasar cell biasanya dipasang pelat dasar bergaris tengah 30 cm. Ketiga tubing yang menghubungkan cell dengan gardu pengamatan diberi tanda-tanda/ label berwarna untuk membedakannya. Bila dipandang perlu untuk meningkatkan kapasitas manometer air raksa, maka ditambahkan sistim back pressure unit. 27 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.20. Hydraulic Settlement Cell d) Automatic Double FIuid Settlement Device(ADFSD) Sistem ini direncanakan untuk mengukur Penurunan (settlement) secara menerus dengan suatu tubing yang dipasang melingkari geometri bendungan secara horizontal pada elevasi tertentu (horizontal loop). Tubing plastik dengan panjang tertentu (kasus di bendungan Wadaslintang memerlukan panjang 1200 m untuk “melilit” tubuh bendungan arah memanjang pada elevasi tertentu) ditempatkan dipondasi atau tubuh bendungan selama tahap pembangunan dan membentuk horizontal loop yang menerus. Kedua ujungnya dipasang didalam gardu pembacaan. Tubing plastic ini diisi air yang sudah bebas dari gelembung udara dan air raksa, (interface) kedua cairan ini bergerak sepanjang 28 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN tubing dengan cara dipompa dengan kecepatan tetap. Dengan mengamati perbedaan tinggi hidrolis dari bidang kontak (interface) air dan air raksa tersebut, suatu rekaman menerus dari interface ini dapat dilakukan. Setelah selesainya pembacaan ini, air raksa dikeluarkan dari tubing dan diganti dengan air. Sistem ini ada yang semi automatic dan automatic dimana yang terakhir ini dapat di lengkapi oleh printer yang mencatat sama elevasi interface air- air raksa di seluruh tubing ini secara berkala sesuai yang diinginkan. Panjang tubing untuk tiap loop dibatasi sampai 1200 m yang dapat dipasang lebih dari satu loop pada elevasi yang sama karena luasnya daerah yang akan diamati, (misalnya pada bendungan besar di elevasi yang dekat dengan dasarnya). Sistem ini memantau perubahan elevasi sekitar 3,5 meter dengan ketelitian ± 1 cm. Kecepatan mengalirnya air raksa adalah 2 meter (tubing) permenit. Sistem ini juga dapat mengukur penurunan lapisan tanah sampai 3,5 meter di bawah panel operasional di dalam gardu pembacaan dengan ketelitian ± 1 cm. Bila sitim ini dipasang pada suatu bendungan besar, seperti gambar di bawah, gardu pembacaan harus terletak di lereng hilir kira-kira setinggi loop yang terpasang. Gardu tersebut dapat mengalami penurunan, karena pondasinya terletak pada lereng yang juga ikut turun, sehingga koreksi elevasi gardu terhadap suatu titik tetap (bench mark) di sekitar bendungan tersebut perlu diperhitungkan dalam membuat plot kurva penurunan. 29 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.21. ADFSD yang Mengelilingi Bendungan Karena sistem ini menggunakan air raksa dalam operasinya, maka gardu pembacaan harus mempunyai ventilasi cukup mengingat bahaya yang bisa timbul dari uap air raksa terhadap tubuh manusia. Bendungan besar yang menggunakan instrumen ini antara lain adalah bendungan Tarbela (Pakistan) dan Wadaslintang (Jawa Tengah). e) Inklinometer Instrumen inklinometer ini dipasang untuk mengamati atau memonitor suatu pergerakan ke arah horizontal di dalam lapisan tanah atau batuan. Pipa aluminium atau plastik yang mempunyai empat alur bersudut antara 90° dipasang di dalam lubang bor, atau pada tahapan penimbunan tanah, atau pada dinding suatu struktur. Pengukuran pergerakan dilakukan dengan menggunakan torpedo yang mempunyai 4 roda dan masukkan ke dalam alur pipa inklinometer, bagian atas torpedo dihubungkan dengan kabel ke alat baca. Yang diukur adalah signal elektronik dari servo- accelerometer yang menunjukkan kemiringan torpedo tersebut terhadap 30 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN garis vertikal, pada interval panjang/ kedalaman pembacaan tertentu (biasanya antara 0,50 – 1,0 m). Gambar 2.22. Unit Inklinometer dan Prinsip Kerjanya Dengan menjumlahkan deviasi horizontal dari hasil pembacaan dengan interval setiap 0.50 m atau 1,0 m, maka dapat digambarkkan kurva deformasi dengan skala tertentu dan pada waktu tertentu. Dengan membandingkan kurva-kurva pembacaan terdahulu dengan kurva-kurva berikutnya, dapat diketahui arah deformasi di sepanjang tabung inklinometer tersebut. Dengan menggunakan logger hasil pembacaan/ pengukuran langsung apat diperoleh di lapangan, seperti gambar di bawah. 31 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.23. Hasil Pembacaan Inclinometer Jenis terpedo ada 2 macam, yaitu : Uniaxial, yang dapat mengukur kemiringan pada satu arah saja. Biaxial, yang dapat mengukur kemiringan pada 2 arah bersama-sama, karena kedua servo- accelerometer dipasang tegak lurus satu sama lain. Torpedo ini cukup kuat, kedap air dan harus dikalibrasi secara berkala. Pipa inklinometer bergaris tengah sekitar 60 mm, dengan ketebalan 2 sampai 3 mm (untuk bahan aluminium) dan lebih tebal lagi untuk tabung plastik, sedangkan panjangnya rata-rata 3 m. Pipa plastik biasanya digunakan untuk daerah-daerah yang mengandung zat-zat yang dapat mengakibatkan tabung aluminium berkarat (misalnya daerahdaerah pantai, konstruksi pelabuhan) meskipun tabung aluminium tersebut telah diberi epioxy - coating. 32 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Pada pemasangan pipa inklinometer melalui lubang bor bor, maka ruangan antara pipa dengan dinding harus diisi dengan semen grout atau pasir/ bentonite, sedangkan pada penimbunan tanah (bendungan) perlu dilakukan pemadatan yang cermat di sekitar pipa-pipa tersebut, serta harus dihindari benturan-benturan dari alat-alat berat selama pekerjaan berlangsung. Bagian pipa yang muncul di permukaan tanah atau struktur perlu dilindungi dengan beton dan dibuatkan penutup yang cukup kuat dan aman dari gangguan serta diberi catatan/label seperlunya. Untuk pemasangan pipa inklinometer yang cukup panjang (misalnya lebih dari 50 m) perlu diperhatikan kemungkinan terpuntirnya pipa tersebut yang dapat mengakibatkan salah interpretasi arah deformasinya. Diperlukan kecermatan pada waktu pemasangannya. Untuk deformasi yang cukup besar, torpedo mungkin kurang lancar masuk dan keluarnya ke/ dari dalam pipa (pipa mengalami pembengkokan). Oleh karena itu, untuk menghindari terjepitnya torpedo di dalam pipa yang bengkok, perlu menggunakan "dummy torpedo" terlebih dahulu sebelum torpedo dimasukkan. Kekurang cermatan kdalam melakukan pembacaan dapat memungkinkan torpedo macet karena terjepit di dalam pipa yang melentur berlebihan. 2.4.4 Instrumen Ukur Rembesan Alat pemantau rembesan dapat dibagi dalam dua jenis yaitu : a) Pemantau debit aliran, hal ini dilakukan dengan memasang "weir" atau "flume" yang ditempatkan pada lokasi tertentu untuk mengukur debit bocoran. Peningkatan debit bocoran yang tidak normal dapat menimbulkan masalah keamanan bendungan. b) Pemantau kualitas air, hal ini dilakukan dengan membandingkan kualitas air waduk dan kualitas air bocoran di hilir bendungan. Pengambilan contoh air harus dilakukan secara kontinu. Terhadap contoh air ini dilakukan pengujian unsur-unsur kimia dan kadar endapannya. Hasil pemantauan antara lain meliputi hal-hal sebagai berikut : 33 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN 1) Gejala pelarutan pada fondasi batuan yang dapat mengakibatkan kekuatan geser menurun dan permeabilitas fondasi meningkat. 2) Gejala erosi buluh (piping) pada tubuh atau fondasi bendungan. Gambar 2.24. Alat Ukur Rembesan dan Sistim Remotenya Gambar 2.25. Alat Ukur Parshall Flume Alat pengukur rembesan biasanya di tempatkan di lembah terdalam di hilir kaki bendungan. Bila kondisi topografi di hilir kaki bendungan bervariasi, maka sistim penempatan alat ukur rembesan dilakukan seperti gambar di bawah. 34 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.26. Sistim Penempatan Alat Pengukur Rembesan 2.4.5 Alat Pemantau Gempa Instrumen gempa yang dipasang pada bendungan biasanya digunakan untuk memantau respons dinamik dari bendungan, seperti gambar di bawah. Biasanya alat ini dipasang untuk bendungan dengan tinggi > 40 m dan terletak pada zona gempa yang cukup tinggi. Alat pengukur percepatan gempa ini biasanya dipasang di bagian bawah (fondasi batuan), di tengah-tengah tinggi lereng hilir dan di bagian puncak bendungan. Gambar 2.27. Diagram Komponen Aselerograf 35 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Alat pemantau seismik tersebut mengukur getaran seismik dan sering dipasang di bendungan-bendungan besar, terutama bila lokasinya diidentifikasikan rawan terhadap gempa. Namun demikian, walaupun lokasi bendungan terletak pada daerah yang relatif stabil, sering kali terjadi gempa imbas waduk pada bendungan - bendungan besar yang tingginya lebih dari 100 m dan daya tampung waduknya lebih dari 500 juta meter kubik. Komponen-komponen yang penting pada alat ukur seismik adalah seismometer dan akselerometer. a) Seismometer Seismometer adalah penerima getaran yang sangat peka yang dapat merekam getaran - getaran seismik dalam bentuk grafik getaran. Seismometer dilengkapi dengan sistem pencatat waktu yang akurat sehingga gelombang gempa yang datang dapat dicatat secara tepat waktu. Pemasangan seismometer dan penempatan instrumennya harus diletakkan didalam ruangan kedap air diatas lantai beton yang ditanam didalam galian pada batuan dasar. b) Akselerometer Akselerometer adalah bagian dari seismometer yakni sejenis alat sensor getaran yang dapat mencatat getaran secara elektromagnetik. Alat ini didisain untuk mencatat getaran tunggal ke arah horizontal, vertikal maupun transversal. Perencanaan mengenai sistem jaringan seismograf untuk lokasi - lokasi tertentu membutuhkan pertimbangan dari aspek enginering, geologi dan seismologi. Dalam hal pemasangannya sebaiknya berkonsultasi dengan pihak Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika Departemen Perhubungan. 36 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN Gambar 2.28. Accelerograph dan Rekamannya 2.5 Latihan 1. Pada prinsipnya parameter apa saja yang harus dipantau? (sebutkan 3 saja)! 2. Sebutkan manfaat pemasangan instrumen bendungan! 3. Sebutkan macam pisometer system tertutup! 2.6 Rangkuman Parameter geoteknik yang perlu dipantau pada suatu bendungan urugan tanah, baik selama pelaksanaan konstruksi maupun operasi waduknya adalah untuk mengetahui perilaku bendungan, yakni deformasi baik vertical maupun horizontal, rembesan, muka air preatis atau tekanan air pori serta umlah danpelengkapnya. Setiap bendungan urugan mempunyai permasalahan khusus dan unik yang memerlukan solusi tersendiri untuk persyaratan instrumentasi. Oleh karena itu, dalam merencanakan sistem instrumentasi perlu dipahami dan dipertimbangkan pengaruh kondisi geoteknik tubuh bendungan, fondasi, kedua tumpuan dan tebing waduk. Jenis-jenis instrumen yang biasa dipasang pada tubuh dan fondasi bendungan urugan, adalah : pisometer untuk mengukur tekanan air pori, alat 37 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN pengukur pergerakan/ deformasi (internal dan eksternal), rembesan, tegangan tanah total, dan akselerometer. Tergantung dari kelengkapan informasi dan data investigasi serta permasalahan geoteknik yang dihadapi, instrumentasi pada suatu bendungan tidak dapat disamakan dengan bendungan lainnya. Bertambah kompleks masalah geoteknik yang dihadapi, bertambah banyak jumlah dan jenis instruman yang dipasang, demikian juga sebaliknya. 2.7 Evaluasi 1. Pilih pernyataan di bawah yang paling benar menurut anda..... a. Pisometer pipa terbuka adalah jenis pisometer yang paling baik, karena harganya termurah. b. Pisometer jenis elektrik adalah merupakan pisometer yang paling baik, karena mempunyai respon yang paling cepat dan berumur lama. c. Karena sudah dikalibrasi di pabriknya, pisometer sistim tertutup tidak perlu dikalibrasi lagi setibanya di lokasi proyek. d. Jenis pisometer sebaiknya disesuaikan dengan fungsi dan tujuan pemasangan. 2. Berikut ini yang merupakan Pisometer sistem terbuka adalah..... a. Pisometer pipa tegak b. Pisometer pipa ganda hidraulik c. Pisometer pnumatik d. Pisometer elektrik 3. Alat yang dipasang di lapisan fondasi melalui lubang bor adalah..... a. Spider magnet b. Arrowhead magnet c. Cincin magnet dengan pelat PVC d. Semua jawaban salah 38 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN BAB III DASAR PEMILIHAN INSTRUMEN Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta mampu menjelaskan dasar pemilihan instrumen. 3.1 Umum Pemilihan instrumentasi geoteknik sangat tergantung dari geometri bendungan, kondisi lapangan serta derajat ketelitian yang diperlukan. Pertimbangan umum dalam pemilihan instrumentasi adalah : a) Ketelitian b) Alat yang sederhana dan mudah dioperasikan, apabila alat yang sederhana tidak dapat digunakan untuk pengamatan, dipilih alat yang lebih kompleks. Misalnya, apabila pengamatan menggunakan pisometer sistem terbuka tidak mungkin memberikan hasil yang akurat karena dipengaruhi oleh berbagai hal, pilih pisometer yang lebih kompleks, namun dapat memberikan data yang lebih akurat, seperti pisometer pneumatik, pisometer vibrating, pisometer tabung ganda, atau jenis tertutup lainnya. c) Ketahanan untuk pemantauan jangka panjang d) Tidak memerlukan pemeliharaan yang sulit e) Dapat dipasang dengan mudah f) Ekonomis, apabila biaya menjadi bahan pertimbangan, instrumen dengan total biaya termurah akan menjadi pilihan. Biaya-biaya yang harus dipertimbangkan, adalah : 1) Kemudahan dalam pengadaan instrumen dan perlengkapannya. 2) Kalibrasi. 3) Pemasangan. 4) Pemeliharaan selama instrumen digunakan. 5) Pembacaan. 6) Pengolahan data. 7) Biaya tambahan apabila ada komponen instrumen atau instrumen itu sendiri yang harus diganti karena sudah tidak menghasilkan data yang baik. 39 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN g) Mudah dioperasikan Hal yang perlu mendapatkan perhatian khusus dalam pemasangan instrumen, adalah seperti berikut. a) Pemasangan harus berada pada lokasi yang baik, dan dapat dipasang secara terpisah dalam bendungan dan fondasi. b) Pipa pelindung horizontal, dan vertikal atau kabel yang ditarik dari instrumen ke rumah terminal dapat menyebabkan pemadatan yang kurang baik pada daerah tersebut yang dapat menimbulkan aliran secara parsial (masalah rembesan), harus mendapatkan perhatian serius. 3.1.1 Kelemahan dan Keuntungan Hal penting lainnya yang juga harus dipertimbangkan adalah mengumpulkan informasi tentang instrumen yang akan dipasang dari masing-masing pabrik produsen serta mempelajari kelemahan-kelemahan dan keuntungan- keuntungan dari masing-masing instrumen, antara lain seperti tabel di bawah. Tabel 3.1. Kelemahan dan Keuntungan Instrumen Jenis instrumen Kelemahan Keuntungan 1. Manual - respons pembacaan lambat - murah dan mudah dipasang 2. Hidraulis 3. Pneumatik 4. Kawat Elektrik - sistim harus penuh air, tidak boleh mengandung udara dan memerlukan perawatan yang intens. - Tidak boleh gelembung air - Menggunakan gas khusus nitrogen yang relatif sulit diperoleh di dekat lokasi bendungan, cukup mahal - Rawan thd petir, umur relatif pendek dan mahal - respons berumur lebih panjang lebih cepat dan mengandung - respons lebih cepat, umur relatif lebih lama - respons cepat, dioperasikan. getar/ mudah 3.1.2 Pemilihan Jenis dan Jumlah Instrumen Pemilihan jenis dan jumlah instrumen yang perlu dipasang pada suatu bendungan, baik di fondasi maupun di tubuh bendungan, sangat tergantung dari hasil investigasi dan desain yang telah dilakukan, disamping kompleksitas kondisi geologi dan pelaksanaannya. Bila investigasi telah dilakukan dengan teliti, sehinga desain dilakukan secara mantap (tidak banyak melakukan 40 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 15 INSTRUMENTASI BENDUNGAN URUGAN asumsi dan perkiraan penentuan parameter desain), jenis dan jumlah instrumen dapat diminimalkan. Tetapi, bila sebaliknya, jenis dan jumlah instrumen akan bisa menjadi lebih banyak. Sebagai contoh bendungan Wadaslintang (tinggi sekitar 126 m) yang dibangun pada tahun 1980-an, karena metoda yang digunakan merupakan metoda baru di Indonesia (wet core), maka di fondasi dan zona inti basah (wet core) tersebut dipasangi instrumen yang banyak sekali (hampir semua jenis instrumen ada disini), baik dari segi jenis maupun jumlahnya untuk memperoleh parameter-paremeter desain yang digunakan apakah dapat tercapai saat konstruksi dan pasca konstruksi. Demikian juga dengan bendungan Manggar di Kalimantan Timur (tinggi 14 m) yang dibangun di atas fondasi tanah lunak dengan perbaikan fondasi vertical drain. Terutama di fondasinya dipasang banyak instrumen untuk memantau tekanan air pori dan deformasi sebagai alat kontrol saat pelaksanaan konstruksi dan pengisian awalnya. Pisometer yang dipasang adalah dari jenis pneumatik, sehingga dapat mengukur tekanan air pori berlebih (exccessive pore pressures) setiap tahap penimbunan (staging construction) untuk mengontrol stabilitas lerengnya selama konstruksi. Sedangkan untuk mengukur pergerakan vertikal digunakan plate settlement dan multilayer settlement serta pergerakan horisontal kaki bendungan, digunakan inklinometer dan patok-patok geser. Gambar 3.1. Bendungan Wadaslintang, Jawa Tengah dan Instrumentasinya 41 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
