Analisis retak hidrolis inti bendungan urugan batu pada variasi kadar butiran halus

DJARWADI, Didiek, Promotor Prof. Dr. Ir. Kabul Basah Suryolelono, Dip.HE., DEA

2010 | Disertasi | S3 Ilmu Teknik Sipil

Retak hidrolis adalah retaknya permukaan hulu inti bendungan urugan batu apabila tegangan vertikal efektif pada inti berkurang pada tingkat yang rendah sedemikian rupa sehingga terjadi retak tarik. Statistik sentuhan bendungan memperlihatkan bahwa modus keruntuhan yang dominan pada bendungan urugan batu adalah erosi internal di dalarn tubuh bendungan yang dapat mengakibatkan runtuhnya bendungan urugan batu, yang salah satu pemicunya adalah retak hidrolis. Penelitian tentang retak hidrolis dapat memberikan pemahaman yang lebih baik mengenai penyebab retak hidrolis, bahan 1 imbunan inti dan pelaksanaan yang membuat inti yang talmo retak hidrolis, serta konfigurasi inti yang tahan terhadap retak hidrolis. Pada penelitian ini uji retak hidrolis di laboratoriurn dan analisis retak Hidrolis dengan metoda elemen hingga dilakukan pada bahan inti yang sama. Tujuan dari penelitian ini adalah: mcncari tanah yang lcbih tahan terhadap rctak hidrolis baik dari persentasi butiran halus maupun kandungan mineral, mencari kondisi pemadatan yang lebih tahan terhadap terhadap retak hidrolis, dan memberikan petunjuk posisi inti yang kritis terhadap retak hidrolis, mencari kondisi batas tegangan awal yang oleh karena pengaruh busur menyebabkan terjadinya retak hidrolis, mencari konfigurasi inti dan tinggi inti yang tahan terhadap retak hidrolis dalam bentuk suatu nomogram. Untuk melaksanakan uji retak hidrolis di laboratoriurn, dibuat alat uji khusus hasil pengembangan dan moditikasi terhadap alat uji retak hidrolis yang dibuat peneliti terdahulu. Dalam penelitian ini juga dilakukan analisis retak hidrolis dengan menggunakan metoda elemen bingga, dengan analisa ganda. Benda uji berasal dari bahan timbunan inti bendungan Batubulan, Batutegi, Kedungombo, Pelaparado, Senno dan Wonorejo pada variasi kadar butiran halus yang dibuat sebesar 30%, 40%, 50%. 60%. 70%, dan 80% pada 3 (tiga) kondisi pemadatan yang berbeda yaitu sisi kering. maksimum Proctor dan sisi basah, serta 3 (tiga) kondisi tegangan awal yang berbeda. Variasi ini menghasilkan 324 buah benda uji. Uji awal memperlihatkan bahwa retak tarik banya dapat diperoleh apabila tegangan awal yang diberikan pada benda uji dalam kondisi Y2(cr1 - cr3) < c. Dalam analisis retak hidrolis dengan metoda elemeo bingga, validasi program dilakukao dengan analisis pada model bendungan Hyttejuvet yang mengalami retak hidrolis, dengan menggunakan bahan timbunan dari bendungan Batubulan. Model tanah untuk bahan timbunan inti dan filter adalah nir-linier elastis hiperbolis, sedangkan untuk bahao ur ugan batu tinier clastis. Elemen yang digunakan dalam analisis adalah elemen tingkat tinggi berbentuk segitiga dan segiempat masing-masing dengan 6 dan 8 titik nodal. Hasil analisis memperlihatkan kesesuaian lokasi retak hidrolis. Analisis pada model bendungan llyttejuvet dengan bahan timbunan inti dari bendungan yang diteliti dilakukan untuk mengetahui bahan timbunan yang lebih tahan terhadap retak hidrolis, cara pemadatan dan kandungan mineral lempung. Analisis retak hidrolis juga dilakukan pada bendungan yang diteliti pada konfigurasi bendungan dan inti yang asli, dan analisis kelangsingan inti untuk model bendungan setinggi 125 meter dengan konfigurasi yang sama dengan aslinya dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan konfigurasi inti terhadap kemungkinan terjadinya retak hidrolis pada bendungan urugan batu. Hasil penelitian dapat disampaikan bahwa seluruh hasil uji memperlibatkan kuat tarik (crJ bahan timbunan inti bendungan scmakin besar apabila kadar butiran halus naik, sedangkan kuat tarik (crJ bahan timbunan inti bendungan oaik apabila kohesi (c) membesar. Bahan timbunan inti sebaiknya tidak mengandung montmorrilonite. Bahan timbunan inti bendungan urugan batu yang dipadatkan pada s isi basah dan mempunyai kadar butiran halus yang lebih besar, lebih tahan terhadap retak hidrolis. Bahan yang lebih tahan terhadap retak hidrolis agar ditimbun pada sepertiga ( 1/3) tinggi bendungan dari puncak bendungart Tinggi dan konfigurasi inti bendungan urugan merupakan faktor yang mempengaruhi kemungkinan terjadinya retak hidrolis pada bendungan urugan batu. Retak hidrolis pada bendungan urugan batu dapat terjadi apabila tegangan awal pada titik-titik di permukaan hulu inti kedap yang terkena pengaruh busur pada koodisi ~(cr 1 - cr3) < c, dan untuk mengetahui tinggi maksimum bendungan urugan batu yang aman terhadap retak hidrolis pada konfigurasi inti dan zona transisi serta kadar butirao hal us bahan timbuoan inti, dapat digunakan nomogram hasil dari penelitian. Dalam uji retak hidrolis di laboratorium perlu dibuat alat khusus. Untuk itu dalam penelitian ini telah dibuat alat uji retak hidrolis di laboratoriurn untuk mendapatkan kuat tarik tanah saat retak (cr1) dan tekanan retak hidrolis (uc), yang dibuat dengan beberapa moditikasi berdasarkan alat uji sejenis yang pernah dibuat oleh peneliti sebelumnya. Kata kunci: retak hidrolis, bendungan urugan batu, metoda elemen hingga

Hydraulic fracturing defines as cracks in the upstream face of clay core a rockfi/1 dam in case the vertical effective stress in the core is reduced to levels that are small enough to allow tension fracture tv occur. This situation may lead to the internal .w:ourin~ due to pipinx progress in the core. and further may resulting failure of the dam. Statistic of Jam incidents and failures indicated that internal erosion was the main cause of the incident and failure on the rock dams, while hydraulic fracturing may initiate the piping process in the rnc~fi/1 dams. The research in hydraulic fracturing will give better understanding o.f the caused, core embancement materials, construction methods. as well as the configuration o.f the core. In this research, the hydraulic fracturing tests in the laboratory and numerical analyses using finite element method were carried out on the same materials. The aims of this research are: in the embankme/11 materials to indicate the better materials against hydraulic fracturi,,g in terms of fine and clay minerals contents of the core, in the construction method which better the construction moisture contents against hydraulic fracturing, in the design stage which configuration of clay core resulting hydraulic fracturing and assessing the maximum height of the dam may resist against hydraulic fracturing using nomogram. In order to perform hydraulic fracturing test in the laboratory, a special test apparatus which developed and modified from the previous researcher. This research also analyzes the hydraulic fracturing of rock dams using finite element by couple analysis. The soil specimens were the clay core from Batubulan, Batutegi, Kedungombo, Pelaparado, Sermo and Wonorejo dams which modeled have 30%, 40%, 50%, 60%, 70% and 80% fine contents. The soil specimens also compacted in dry side, proctor maximum and wet side in order to obtain the variety moisture contents. and the 3 (three) initial stress states were applied to the specimens. These varia/ions will produce 324 different soil specimens. The preliminary tests on various soil specimens indicated that the tension failure is only found on the specimea if the initial stress state falls in the envelope of'h(o) - cr.J < c. In the analyses hydraulic fracturing using finite element methods, first attempt is to validate the program by running on the model of Hyytejuvet dam which experiencing hydraulic fracturing using embankment materials from Batubulan dam. The soil model adopted for clay and filter materials was non-linear elastic hyperbolic, while linear elastic model is used for roc~fi/1. The high order triangular and quadrilateral elements with 6 and 8 nodal points respectively were used in the analyses. Analysis results shows that the program can indicate the locus of hydraulic fracturing similar to the actual location. The hydraulic fracturing analysis then made on the model of Hyuejuvet dam using embankment materials from Batubulan, Batutegi, Kedungombo, Pelaparado, Senno and Wonorejo dams in various fine contents and compaction conditions, in order to obtain the most suitable clay core malerials from /he range of fine contents, compactions as well as clay mineral contents. The hydraulic fracturing analyses were also made to the Batubulan, Batutegi, Kedungombo, Pelaparado, Sermo and Wonorejo at their original configuration. The slenderness of the clay core then analysis on the 125 meter of rock dam model, where the cof?figuration was similar to the original in order to investigate the clay configurations against hydraulic fi"acturing. In order to g ive guidance in the design stage, a nomogram which may indicate the maximum height of lhe dam which may resist against hydraulic fracturing in various clay core configurations and.fine contents of the materials will be made. The hydraulic fracturing test results indicated that f or all clay core embankment materials at their variation of fine contents and compaction indicated that stress at failure ( crJ increase when the fine contenJs were increased. The montmorillonite clay mineral affected to the clay core, where the hydraulic fracturing pressure (uj) decreased when the fine contents we increased The core materials which have greater fine contents and compacted on wet side may have beuer resistant against hydraulic fracturing. The clay core which have better resistant against hydraulic fracturing may be placed on 1/ 3 the height of the dam from the top where the greatest arching takes place. The hydraulic fracturing analyses results indicated the the height and clay configuration were the most factor influencing the hydraulic fracturing, while the initial stress state on the upstream face of the core which fall in the envelope of 'h( a1 - aJ) < c may resulting hydraulic fracturing. The nomograms to access the maximum height of the rock dam which resists to the hydraulic fracturing if the core configuration and fine contents of the clay materials known are provided as the results of this research Keywords: hydraulic fracturing. embarkment dam, finite element method.

Kata Kunci : Retak hidrolisi,Bendungan urugan batu,Metoda elemen hingga