Rip-Rap Batu Kosong Pelindung Abutment Jembatan Pengaruh Gerusan

Pendahuluan

Kejadian gerusan pada abutment ketika abutment dan timbunan tebing sungai merintangi aliran. Beberpa penyebab runtuhnya jembatan selama pemeriksaan lapangan paska banjir dari lokasi jembatan telah terdokumentasi, Parola, dkk.(1998).

• Overtopping abutment dan timbunan jalan pendekat
• Proses perpindahan aliran  dan pelebaran sunga
• Gerusan akibat kontraksi sungai
• Gerusan lokal di sekitar abutment

Kerusakan abutment sering disebabkan oleh kombinasi faktor-faktor di atas 

Perencanaan

Pendekatan perencanaa

Secara umum terkait geometrik penampang saluran ada dua tipe abutment yaitu abutment berdinding vertikal dan abutment spill-through. Gambar 1 dan 2 masing-masing memperlihatkan konstruksi geometrik tipe abutment berdinding vertikal dan Spill-through

Gambar 1 Tipe abutment berdinding vertikal
Sumber: https://www.researchgate.net/profile/John-Mukabi/publication/310303448/figure/fig1/AS:428701667074048@1479221850007/Example-of-a-Geosynthetic-Reinforced-Soil-Integrated-Bridge-System-GRS-IBS-US-DOT-FHWA.png)

Gambar 1 Abutment tipe spill-through
(Sumber: https://ascelibrary.org/cms/asset/28a94959-d043-413f-a035-add2c88f92c0/figure1.jpg)

Pendekatan perencanaan paling disukai adalah menempatkan abutment pada batu tahan terhadap gerusan atau pondasi dalam. Seorang ahli diperlukan dalam perencanaan pondasi abutment. Beberapa kasus pondasi dapat direncankan pada kedalaman dangkal kemudian diprediksi dengan persamaan ketika abutment-abutment tersebut diproteksi dengan menggunakan rip-rap atau  pengarah aliran (guide bank) pada hulu. Gambar 3 dan 4 memperlihatkan foto kontruksi rip-rap batu kosong pada abutment.

Gambar 3 Foto rip-rap batu kosong pelindung gerusan pada abutment

Gambar 4 Foto penempatan rip-rap pelindung gerusan pada abutment

Ukuran batu rip-rap pada abutment

Saran persamaan perencanaan ukuran batu rip-rap untuk tipe abutment berdinding vertikal dan spill-through adalah dalam bentuk hubungan Isbash berikut

Untuk Froud Numer  <  0.8 

persmaan 1

Nilai K = 0.89 untuk tipe spill-through dan 1.02 untuk dinding vertikal

Untuk Froud Number > 0.8 

persamaan 2

Nilai K = 0.61 untuk tipe spill-through dan 0.69 untuk dinding vertikal

Dimana

D50    :  50% diameter batu (m)

V        : Kecepatan rata-rata karakteristik dalam penampang terkontraksi (m/s)

Ss       : Berat jenis batu 

g         : Percepatan grafitasi (m/dt2)

y         : Kedalaman air dalam penampang terkontraksi(m)

K         : Konstanta pengali kecepatan untuk menghitung percepatan lokal aliran di titik rip-rap runtuh

Prosedure pemilihan kecepatan rata-rata karakteristik dalam penampang terkontraksi:

1. Menentukan rasio set-back(SBR) setiap abutment. 

          SBR = Panjang / rata-rata kedalaman aliran saluran

a. Jika SBR < 5 untuk dua abutment (Gambar  5), hitung kecepatan rata-rata

V = Q/A

Berdasarkan pada seluruh area terkontraksi melalui bukaan jembatan. Hal ini meliputi aliran hulu tidak termasuk yang meluap melewati di jalan 

 

(a) Gambar denah

(b) Penampang melintang pada jembatan
Gambar 5 Kecepatan rata-rata karakteristik untuk SBR < 5

b. Jika SBR > 5untuk suatu abutment (Gambar 6) , perhitungan kecepatan rata-rata karakteristik

 V = Q/A

Hanya untuk aliran bantaran (overbank) masing-masing abutment. Dengan asumsi bahwa seluruh bantaran (overbank) berada pada penampang yang melalui bukaan jembatan.

(a) Gambar denah

(b) Penampang melintang pada jembatan

Gambar 6 Kecepatan rata-rata karakteristik SBR > 5

c. SBR < 5 untuk suatu abutment dan abutment lain dalam satu jembatan SBR > 5 (Gambar 7). Kecepatan rata-rata karakteristik dengan SBR < 5 ditentukan dari langkah pertama (a) mungkin rendah tidak realistik. 

(a) Gambar denah
 

(b) Gambar penampang melintang pada jembatan
Gambar 7 Kecepatan rata-rata karakteristik SBR < 5 dan SBR > 5

2. Pelebaran Rip-rap

 a. Rip-rap apron harus melebar dari tumit abutment hingga masuk ke dalam jalan air dengan jarak dua kali kedalaman air pada bantaran di dekatnya dan tidak lebih dari 7.5 m. 

b. Lereng rip-rap tipe abutment spill-through harus dilindungi dengan ukuran batu yang dihitung dengan persamaa 1 dan 2 setinggi 0.6 m dari elevasi permukaan tertinggi yang diharapkan pada saat banjir Tebing pengarah (guide bank) hilir digunakan sepanjang 15 m dari ujung abutment untuk melindungi timbunan bagian hilir.

c. Tebal rip-rap harus tidak kurang dari lebih besar 1.5 D50 atau D100 . Ketebalan rip-rap harus ditingkatkan 50% ketika ditempatkan di bawah air untuk menunjang ketidakpastian terkait amblesan.

Gambar 8 Gambar denah pelebaran rip-rap (Lagase,dkk. 2006)

Gambar 9 Tipikal penampang melintang rip-rap abutment (Lapase, dkk., 2006)

Perencanaan rip-rap

Dokumen analisis Hidrology dan Hidraulik Perencanaan Jembatan Suco Liurai

Lokasi rencana jembatan merupkan sungai intermiten, kondisi aliran saat musim kemarau dalam keadaan kering dan hanya terjadi pada saat hujan dengan intensitas tinggi.  Gambar 10 memperlihatkan kondisi aliran sungai pada saat musim kemarau. Dan Daerah Aliran Sungai (DAS) titik lokasi rencana jembatan seluas 5.41 km persegi diperlihatkan pada Gambar 11. 

Gambar 10 Situasi lokasi rencana jembatan 

( Dok. Analisis Hidrology dan Hidraulik Rencana Jembatan Suco Liurai)

Gambar 11 Daerah aliran sungai(DAS) lokasi rencana jembatan 

(Dok. Analisis Hydrologi dan Hidraulika Perencanaan Jembatan Suco Liurai)

Kedalaman air banjir hasil analisis hidrologi berada pada elevasi berkisar 2.55 m dari dasar sungai dan telah didukung hasil wawancara dengan penduduk setempat, kecepatan aliran air banjir 4.35 m/s. Rip-rap batu direncanakan untuk pelindung abutment dari ancaman gerusan di sekitarnya.  Berikut hasil perhitungan rancangan rip-rap dengan bantuan perangkat lunak Hydraulic Too;box 2.2.

Riprap Analysis: Suco Liurai

Notes: 

Input Parameters

Riprap Type: Abutment/Guide Bank

The structure is a guidebank

Set-back Length: 9.3 (m)

The set-back length is the distance from the near edge of the main channel to the toe of abutment

Main Channel Average Flow Depth: 2.55 (m)

Flow Depth at Toe of Abutment: 2.5 (m)

Calculations will use either total or overbank discharges.

Total Discharge: 452.21 (cms)

Overbank Discharge: 10 (cms)

Total Bridge Area: 106.6 (m^2)

Setback Area: 48 (m^2)

Maximum Channel Velocity: 1.02108 (m/s)

Specific Gravity of Riprap: 2.65

Result Parameters

Set-back ratio: 3.64706

Characteristic Velocity: 4.24212 (m/s)

Froude Number at the Abutment Toe: 0.856748

Abutment Coefficient: 0.69

Computed D50: 1001.16 (mm)

Riprap Class

Riprap shape should be angular

Riprap Class X

Median Particle Diameter: 1066.8 (mm)

The following values are an 'average' of the size fraction range for the selected riprap class

d15: 787.4 (mm)

d50: 1123.95 (mm)

d85: 1511.3 (mm)

d100: 2133.6 (mm)

 Daftar Pustaka

1. US Department of Transportatition Federal Highway Adminstration, BRIDGE SCOUR AND STREAM INSTABILITY COUNTERMEASURE : EXPERIENCE, SELECTION, AND DESIGN GUDATION THIRD EDITION VOL.2, September 2009

2. Konsultan pt. Cipta Desain Indonesia, DETAIL ENGINERING DESIGN AND BID DOCMENT PREPARATION FOR NEW BRIDGE IN 2019