PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

Transkripsi

1 PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PADA PERKERASAN LENTUR MENGGUNAKAN PROGRAM EVERSERIES STUDI KASUS : JALAN TOL JAKARTA-CIKAMPEK RUAS BEKASI BARAT-BEKASI TIMUR TUGAS AKHIR Diajukan sebagai syarat untuk menyelesaikan program pendidikan strata-1 pada program studi teknik sipil Disusun Oleh: Anindita Prasasya Tofan Ferdian Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Bambang Sugeng S., DEA PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2

3 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG SI 40Z1 TUGAS AKHIR PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PADA PERKERASAN LENTUR MENGGUNAKAN PROGRAM EVERSERIES Studi Kasus : Jalan Tol Jakarta-Cikampek Ruas Bekasi Barat-Bekasi Timur oleh : Anindita Prasasya Tofan Ferdian DISETUJUI oleh : PEMBIMBING Prof. Dr. Ir. Bambang Sugeng S., DEA NIP MENGETAHUI Koordinator TA KK Rekayasa Transportasi Ketua Program Studi Teknik Sipil Ir. Sri Hendarto M.Sc Dr. Ir. Herlien Dwiarti S. NIP NIP Bandung, Februari 2008

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. atas berkat dan rahmat-nya sehingga pada akhirnya laporan tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Dalam penyusunan laporan ini tentunya penulis menemui banyak hambatan, namun karena bantuan dan dorongan dari berbagai pihak akhirnya laporan ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Bambang Sugeng S., DEA, selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah memberi masukan dan bimbingan yang berarti demi terwujudnya laporan ini. 2. Bapak. Ir Willy Tumewu, MSc., selaku koordinator tugas akhir Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung. 3. Bapak Ir. Sri Hendarto, MSc., selaku selaku koordinator tugas akhir KK. Transportasi Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung dan tim penguji. 4. Bapak Ir. Harmein Rahman, MT, selaku tim penguji. 5. Bapak Aris, ST., MT., atas bimbingannya di awal pembuatan tugas akhir ini.. 6. Staf Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil serta Laboratorium Transportasi. 7. Teman-teman yang telah membantu dan mendukung dalam penyusunan laporan ini. 8. Semua pihak yang penulis tidak dapat sebutkan satu per satu, yang telah membantu terselesaikannya laporan ini. Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam laporan ini, sehingga penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca agar penulis dapat memperbaiki kesalahannya di waktu yang akan datang. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Bandung, Februari 2008 Penulis iii

5 ABSTRAK PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PADA PERKERASAN LENTUR MENGGUNAKAN PROGRAM EVERSERIES, Anindita Prasasya ( ) dan Tofan Ferdian ( ), Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Suatu lapisan perkerasan memiliki umur layan. Jika umur layan telah terlampaui, maka perlu membangun suatu lapisan tambahan (overlay) untuk meremajakan struktur perkerasan. Overlay digunakan sebagai pemeliharaan jalan atau jika kondisi struktur perkerasan sudah menurun, yaitu tegangan yang terjadi pada struktur perkerasan sudah melebihi tegangan izinnya sehingga perlu dibuat lapisan baru yang dapat mendukung kerja struktur perkerasan tersebut. Salah satu pendekatan yang dipakai untuk merencanakan tebal lapis tambahan suatu struktur perkerasan jalan adalah metode mekanistik. Metode ini diproleh karena struktur perkerasan jalan merupakan struktur yang kompleks sehingga dalam analisisnya perlu dilakukan penyederhanaan. Aplikasi teori struktur dalam desain struktur perkerasan memberikan kontribusi yang besar dalam hal optimasi desain. Salah satu program komputer yang dapat melakukan analisis tersebut adalah rangkaian program EVERSERIES yang terdiri dari EVERCALC, EVERSTRESS, dan EVERPAVE. Dalam perencanaan tebal overlay, data lendutan hasil survei FWD digunakan sebagai evaluasi kinerja struktural perkerasan jalan tol Jakarta-Cikampek ruas Bekasi Barat-Bekasi Timur. Data lendutan tersebut menjadi input dalam program EVERCALC, yang merupakan program backcalculation untuk menghitung nilai modulus E 1, E 2, E 3 berdasarkan pendekatan lendutan hasil perhitungan dengan lendutan hasil survei. Melalui program EVERCALC dilakukan analisis sensitivitas, sehingga dapat diketahui bahwa lendutan 1 (d 1 ) mempengaruhi nilai modulus E 1, nilai lendutan 4 (d 4 ) lebih menentukan modulus E 2, dan lendutan 7 (d 7 ) lebih menentukan nilai modulus E 3. Hasil running program EVERCALC menunjukkan bahwa untuk jalur A sebesar 83,57% nilai modulus E 1 antara 1000 MPa s/d 5000 MPa. Nilai modulus E 2 di bawah 500 MPa sebesar 87,68% dan sebesar 30,14% nilai modulus E 3 di bawah 150 MPa. Sedangkan untuk jalur B, sebesar 71,24% mempunyai nilai modulus E 1 antara 1000 MPa s/d 5000 MPa, dan sebesar 84,93% mempunyai nilai modulus E 2 di bawah 500 MPa, serta nilai modulus E 3 di bawah 150 MPa sebesar 21,92%. Program EVERPAVE merupakan program komputer untuk menentukan tebal overlay berdasarkan kondisi perkerasan eksisting, yaitu tebal masing-masing lapisan eksisting, konstanta Poisson, serta nilai modulus yang dihasilkan oleh program EVERCALC. Untuk modulus E 1, nilai yang digunakan adalah nilai Eadj yaitu nilai E 1 yang telah dikonversikan dengan temperatur standar 77 F (25 C). Selain itu, data yang diperlukan adalah data lalu lintas berdasarkan proyeksi 5 tahun ke depan. Untuk Jalur A kumulatif ESAL adalah dengan faktor distribusi 0,5 dan jalur B kumulatif ESAL dengan faktor distribusi 0,5. Variasi musiman juga diperlukan dalam program ini. Hasil analisis program EVERPAVE menunjukkan tebal lapisan yang berbeda-beda untuk setiap titik pengukurannya. Sebanyak 41,1% pada jalur A membutuhkan tebal di atas 15 cm dan untuk jalur B sebanyak 52,05% membutuhkan tebal lapis tambahan di atas 15 cm. Keywords: lendutan, modulus, EVERCALC, EVERPAVE, overlay iv

6 ABSTRACT DESIGN OVERLAY OF FLEXIBLE PAVEMENT USING EVERSERIES PROGRAM, Anindita Prasasya ( ) and Tofan Ferdian ( ), Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Environment, Bandung Institute of Technology, Pavement has a total service life. If the service life of an existing pavement had been reached, overlay is needed to maintain the pavement performance. Overlay design is used as maintenance phase or if the structural pavement performance decreases where the critical stress is over the allowable stress. One of the design overlay thickness methods is the mechanistic method. This method is obtained because flexible pavement is a structure which has complexities so the analysis needs to be simplified. The application of the structural theory of flexible pavement gives a great contribution on optimizing design. One of the computer programs which is able to do the analysis is EVERSERIES which is consist of EVERCALC, EVERSTRESS, dan EVERPAVE. The deflections data from FWD is needed in the overlay design as a structural pavement evaluation of Jakarta-Cikampek highway section Bekasi Barat-Bekasi Timur. The deflections data is the input of EVERCALC program which is a backcalculation program to estimates the elastic modulus E 1, E 2, E 3 based on the matched of measured and calculated deflection basins. Sensitivity between deflections and modulus is analyzed using EVERCALC program. It shows that the result of HMA modulus E 1 is influenced by the deflection 1 (d 1 ), E 2 is influenced by the deflection 4 (d 4 ), and E 3 is influenced by the deflection 7 (d 7 ). The result of EVERCALC program shows that the value of E 1 between 100 MPa-5000MPa for direction A is 83,57%. The value of E 2 under 500 MPa is 87,68% and 30,14% E 3 is under 150 MPa. While direction B, 71,24% E 1 is between 1000 MPa-5000 MPa, 84,93% E 2 is under 500 MPa, and E 3 under 150 MPa is 21,92%. EVERPAVE is a flexible pavement overlay program based on the existing pavement, properties, such as layer thickness, Poisson Ratio, and layer modulus based on output from EVERCALC program. The HMA modulus (E 1 ) which is used in this program is the modulus that have been adjusted (Eadj) to the standard temperature 77 F (25 C). The traffic data which is used in this study is based on 5 years forecast. The cumulative ESAL for design period direction A is , the lane distribution is 0,5; the cumulative ESAL for design period direction B is , the lane distribution is 0,5. Seasonal variation are needed in this program. The analysis of EVERPAVE program showed a various overlay thickness for each station. Direction A needs overlay above 15 cm, 41,1% and direction B needs overlay above 15 cm, 52,05%. Keywords: lendutan, modulus, EVERCALC, EVERPAVE, overlay v

7 SI 40Z1 TUGAS AKHIR PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PADA PERKERASAN LENTUR MENGGUNAKAN PROGRAM EVERSERIES KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR ISI BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG I TUJUAN STUDI I RUANG LINGKUP PEMBAHASAN I METODOLOGI I SISTEMATIKA PEMBAHASAN TUGAS AKHIR I-3 BAB II STUDI PUSTAKA 2.1 UMUM II LAPIS TAMBAHAN (OVERLAY) II Pendekatan Ketebalan Efektif II Pendekatan Defleksi II Pemdekatan Mekanistik-Empiris II Metode Asphalt Institute II TEGANGAN DAN REGANGAN PADA PERKERASAN LENTUR II Sistem Satu Lapis II Sistem Dua Lapis II Sistem Tiga Lapis II PENGUKURAN LENDUTAN II Prinsip Alat Benkelman Beam II Metode Pengukuran II Prinsip Alat FWD II Metode Pengukuran II Pengolahan Data FWD II-27 BAB III PROGRAM EVERSERIES 3.1 PENDAHULUAN III EVERCALC III Karakteristik EVERCALC III Alur Program EVERCALC III Isi Program III EVERSTRESS III Karakteristik EVERSTRESS III Isi Program III EVERPAVE III-26 Anindita Prasasya Tofan Ferdian iii iv v vi viii x vi

8 SI 40Z1 TUGAS AKHIR PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PADA PERKERASAN LENTUR MENGGUNAKAN PROGRAM EVERSERIES Karakteristik EVERPAVE III Modulus III Kegagalan/Kerusakan III Alur Program EVERPAVE III Isi Program III PENGARUH POLA LENDUTAN TERHADAP MODULUS III Analisis Data Lendutan III Pengaruh Nilai Lendutan (d) terhadap Modulus (E) III Perubahan pada Nilai d1 III Perubahan Nilai d3 dan d4 terhadap Nilai E2 III Perubahan Nilai d6 dan d7 terhadap Nilai E3 III-53 BAB IV STUDI KASUS 4.1 PRESENTASI DATA IV Data Lalu Lintas IV Data Lendutan IV ANALISIS DATA MODULUS IV PERENCANAAN TEBAL OVERLAY IV-29 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN V SARAN V-2 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii xiii Anindita Prasasya Tofan Ferdian vii

9 SI 40Z1 TUGAS AKHIR PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PADA PERKERASAN LENTUR MENGGUNAKAN PROGRAM EVERSERIES DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Diagram Alir Metodologi Studi I-3 Gambar 2.1 (a) Flexible Pavement, (b) Rigid Pavement II-1 Gambar 2.2 Korelasi DDT dan CBR II-4 Gambar 2.3 Faktor Konversi untuk Perkerasan Full Depth II-10 Gambar 2.4 Faktor Pengaturan Temperatur untuk Ketebalan yang Bervariasi II-13 Gambar 2.5 Hubungan Design Rebound Deflection dan ESAL II-14 Gambar 2.6 Grafik Desain Ketebalan Overlay Berdasarkan Lendutan Balik dan Desain ESAL II-15 Gambar 2.7 Konsep Dasar Sistem Multilapis II-17 Gambar 2.8 Kurva Pengaruh Tegangan untuk Sistem Dua Lapis dari Burmister II-20 Gambar 2.9 Sistem Perkerasan Tiga Lapis II-22 Gambar 2.10 Skema Benkelman Beam II-24 Gambar 2.11 Alat Falling Weight Deflectometer II-25 Gambar 3.1 Ilustrasi Evaluasi Mekanik untuk Estimasi Modulus Lapisan III-2 Gambar 3.2 Proses Backcalculation perbandingan pengukuran dan perhitungan daerah defleksi III-2 Gambar 3. 3 Diagram Alir Penggunaan Evercalc III-4 Gambar 3. 4 Tampilan EVERCALC III-5 Gambar 3. 5 Tampilan Menu Utama III-6 Gambar 3. 6 Tampilan General Data Entry III-6 Gambar 3. 7 Tampilan Deflection Data Entry III-10 Gambar 3. 8 Tampilan Deflection Data Plot III-11 Gambar 3. 9 Plot Deflection Basin III-12 Gambar Plot Tebal Lapisan III-12 Gambar Plot Normalized Delections III-13 Gambar Tampilan Konversi Data FWD III-13 Gambar 3. 13Tampilan Kedalaman Hingga Lapisan Tanah Keras III-16 Gambar Tampilan Backcalculation III-17 Gambar Tampilan EVERSTRESS III-19 Gambar Menu Utama EVERSTRESS III-20 Gambar Data Entry III-20 Gambar Tampilan Load & Evaluation III-23 Gambar Unit Weights III-24 Gambar Tampilan Analisis III-26 Gambar Hubungan antara Kekakuan Temperatur pada kelas B (Dense Graded) di Washington States III-27 Gambar Titik Kriteria Kerusakan-Program Everpave III-28 Gambar Diagram Alir Penggunaan EVERPAVE III-30 Gambar Tampilan EVERPAVE III-31 Anindita Prasasya Tofan Ferdian viii

10 SI 40Z1 TUGAS AKHIR PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PADA PERKERASAN LENTUR MENGGUNAKAN PROGRAM EVERSERIES Gambar Menu Utama EVERPAVE Gambar Tampilan General Data Gambar Tampilan Data Lalu Lintas ( 18 kesals untuk periode desain ) Gambar Tampilan Pavement EVERPAVE Gambar Pengaruh d1 terhadap nilai E1 Gambar Pengaruh d3 terhadap nilai E2 Gambar Pengaruh d4 terhadap nilai E2 Gambar Pengaruh d6 terhadap nilai E3 Gambar Pengaruh d7 terhadap nilai E3 Gambar 4. 1 Struktur Perkerasan Terpasang Jalan Tol Jakarta Cikampek Ruas Bekasi Barat Bekasi Timur Gambar 4. 2 Kumulatif ESAL arah Cikampek Gambar 4. 3 Kumulatif ESAL Arah Jakarta Gambar 4. 4 Proyeksi Kumulatif ESAL Jalur A Gambar 4. 5 Proyeksi Kumulatif ESAL Jalur B Gambar 4. 6 Segmentasi Lendutan pada Jalur A Gambar 4. 7 Segmentasi Lendutan pada Jalur B Gambar 4. 8 Perbandingan Nilai E1 Arah Cikampek Gambar 4. 9 Perbandingan Nilai E2 Arah Cikampek Gambar Perbandingan Nilai E3 Arah Cikampek Gambar Perbandingan Nilai E1 Arah Jakarta Gambar Perbandingan Nilai E2 Arah Jakarta Gambar Perbandingan Nilai E3 Arah Jakarta Gambar Perbandingan Modulus E1 (Jalur A) Hasil Program Evercalc dan Elmod Gambar Perbandingan Modulus E2 (Jalur A) Hasil Program Evercalc dan Elmod Gambar Perbandingan Modulus E3 (Jalur A) Hasil Program Evercalc dan Elmod Gambar Perbandingan Modulus E1 (Jalur B) Hasil Program Evercalc dan Elmod Gambar Perbandingan Modulus E2 (Jalur B) Hasil Program Evercalc dan Elmod Gambar Perbandingan Modulus E3 (Jalur B) Hasil Program Evercalc dan Elmod Gambar Perencanaan Tebal Overlay Jalur A Gambar Perencanaan Tebal Overlay Jalur B III-31 III-32 III-34 III-36 III-47 III-52 III-53 III-58 III-58 IV-3 IV-5 IV-5 IV-7 IV-8 IV-13 IV-13 IV-21 IV-22 IV-22 IV-23 IV-23 IV-24 IV-26 IV-26 IV-27 IV-27 IV-28 IV-28 IV-30 IV-30 Anindita Prasasya Tofan Ferdian ix

11 SI 40Z1 TUGAS AKHIR PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PADA PERKERASAN LENTUR MENGGUNAKAN PROGRAM EVERSERIES DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Jalur Rencana Tabel 2. 2 Faktor Regional (FR) Tabel 2. 3 Faktor Ekivalen dari Aspal Emulsi Tabel 2. 4 Faktor Konversi untuk Menentukan Ketebalan Efektif Tabel 2. 5 Faktor Pertumbuhan Total Tabel 2. 6 Persamaan Persamaan dari Sistem Satu Lapis Tabel 3. 1 Satuan Berat Material Tabel 3. 2 Lane Distribution Factor Tabel 3. 3 Shift Factor Tabel 3. 4 Data Lendutan Arah Cikampek Tabel 3. 5 Modulus Hasil Analisis Tabel 3. 6 Lendutan arah Cikampek (nilai d1 turun) Tabel 3. 7 Modulus Hasil Analisis ( perubahan nilai E1jika d1 turun) Tabel 3. 8 Lendutan Arah Cikampek (nilai d1 naik) Tabel 3. 9 Modulus Hasil Analisis ( perubahan nilai E1 jika d1 naik) Tabel 3. 10Lendutan Arah Cikampek ( nilai d3 turun ) Tabel Modulus Hasil Analisis ( perubahan nilai E2 jika d3 turun) Tabel Lendutan arah Cikampek (nilai d3 naik) Tabel Modulus Hasil Analisis ( perubahan nilai d3 naik) Tabel 3. 14Lendutan Arah Cikampek ( nilai d4 turun ) Tabel Modulus Hasil Analisis ( perubahan nilai d4turun ) Tabel Lendutan Arah Cikampek ( nilai d4 naik) Tabel Modulus Hasil Analisis ( perubahan nilai d4naik ) Tabel Lendutan Arah Cikampek (d6 turun) Tabel Modulus Hasil Analisis (perubahan nilai d6 turun) Tabel Modulus Hasil Analisis (perubahan nilai d6 naik) Tabel Modulus Hasil Analisis (perubahan nilai d6 naik) Tabel Lendutan Arah Cikampek (d7 turun) Tabel Modulus Hasil Analisis (perubahan nilai d7 turun) Tabel Lendutan Arah Cikampek (d7 naik) Tabel Modulus Hasil Analisis (perubahan nilai d7 naik) Tabel 4. 1 Struktur Perkerasan Asli Tabel 4. 2 Kumulatif ESAL Rencana periode 2007 s.d 2012 Jalur A Tabel 4. 3 Kumulatif ESAL Rencana Periode 2007 s.d 2012 Jalur B Tabel 4. 4 Volume Lalu Lintas Harian Aktual Tabel 4. 5 Kumulatif ESAL Aktual Periode 2007 s.d 2012 Jalur A Tabel 4. 6 Kumulatif ESAL Aktual Periode 2007 s.d 2012 Jalur B Tabel 4. 7 Data Lendutan Jalur A: Arah Cikampek Anindita Prasasya Tofan Ferdian II-2 II-7 II-10 II-11 II-16 II-19 III-25 III-35 III-40 III-41 III-43 III-45 III-45 III-46 III-46 III-48 III-48 III-49 III-50 III-50 III-51 III-51 III-52 III-54 III-54 III-55 III-55 III-56 III-56 III-57 III-57 IV-2 IV-4 IV-4 IV-4 IV-6 IV-7 IV-9 x

12 SI 40Z1 TUGAS AKHIR PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PADA PERKERASAN LENTUR MENGGUNAKAN PROGRAM EVERSERIES Tabel 4. 8 Data Lendutan Jalur B: Arah Jakarta Tabel 4. 9 Modulus Analisis EVERCALC arah Cikampek Tabel Modulus Analisis EVERCALC arah Jakarta Tabel Modulus Analisis program ELMOD arah Cikampek Tabel Analisis Modulus program ELMOD arah Jakarta Tabel Klasifikasi Nilai Modulus Hasil Program EVERCALC pada Jalur A dan Jalur B Tabel Analisis Tebal Overlay Jalur A Program EVERPAVE Tabel Analisis Tebal Overlay Jalur B Program EVERPAVE Tabel Klasifikasi tebal overlay hasil dari program EVERPAVE IV-11 IV-14 IV-16 IV-18 IV-19 IV-25 IV-29 IV-30 IV-30 Anindita Prasasya Tofan Ferdian xi