Metodologi Penelitian

Transkripsi

1 45 Bab III Metodologi Penelitian III.1 Umum Pelaksanaan penelitian ini dilakukan berdasarkan diagram alir seperti yang terlihat pada Gambar III.1. Penelitian ini lebih ditekankan kepada uji laboratorium kelelahan (fatigue) dari campuran beraspal jenis Laston Lapis Aus-1 (Laston AC- BC) atau lapis pengikat tanpa dan dengan menggunakan geosintetik sebagai lapis perkuatan perkerasan. Prosedur pengujian yang dilakukan di laboratorium mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI). Jika ada prosedur pengujian yang tidak terdapat dalam SNI, maka digunakan prosedur lainnya yang biasa digunakan seperti American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), American Society for Testing and Materials (ASTM) dan British Standard (BS). III.2 Pengujian Agregat Agregat kasar, agregat halus dan filler jenis abu batu yang digunakan adalah dari jenis batu pecah (stone crusher) yang berasal dari Kabupaten Grobogan, Jawa Tengah. Pengujian laboratorium yang dilakukan untuk agregat kasar, agregat halus dan filler disajikan dalam Tabel III.1. III.3 Pengujian Aspal Aspal yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis aspal pen 60/70 produksi Pertamina. Dipilihnya aspal pen 60/70 adalah karena pertimbangan iklim tropis di Indonesia yang cukup panas, sehingga aspal dengan penetrasi rendah sangat baik untuk mengantisipasi suhu yang panas. Pemeriksaan sifat sifat aspal dilakukan untuk melihat apakah aspal memenuhi persyaratan atau tidak. Jenis pengujian sifat-sifat teknis aspal yang dilakukan diperlihatkan pada Tabel III.2.

2 46 Mulai Studi Literatur Penyiapan Material Tidak Pengujian Sifat - Sifat Aspal 1. Penetrasi sebelum dan sesudah kehilangan berat 2. Titik Lembek 3. Berat Jenis 4. Titik nyala dan titik bakar 5. Daktilitas sebelum dan sesudah kehilangan berat 6. Viscositas 7. Kelarutan 8. Kehilangan berat setelah TFOT Memenuhi Syarat? Ya Pengujian Filler 1. Berat Jenis Ya Pengujian Sifat - Sifat Agregat 1. Berat Jenis dan Penyerapan 2. Soundness 3. Keausan 4. Angularitas 5. Kepipihan dan kelonjongan 6. Kelekatan thd aspal 7. Nilai Setara Pasir Memenuhi Syarat? Tidak Penentuan % Komposisi Agregat (penentuan gradasi yang dipilih) Penentuan Kadar Aspal Optimum (KAO) dengan metoda Marshall dan metoda Kepadatan Mutlak (Diagram alir terpisah di Gambar III.2) Pengujian Marshall dan Marshal Immersion Test (24 jam, KAO Marshall) Pengujian karakteristik kinerja kelelahan campuran Lapis Beton Lapis Antara (AC BC) tanpa dan dengan perkuatan PGM-G Frekuensi direncanakan : 10 Hz 3 tingkat beban : 0,10 KN; 0,15 KN; 0,20 KN Pola pembebanan : Sinusoidal Wave Penyajian dan Analisis Data Kesimpulan dan Saran Gambar III.1. Diagram Alir Penelitian

3 47 Mulai Penentuan Gradasi Campuran Laston Lapis Pengikat : Yang dipilih (di atas kurva f uller) Pembuatan Benda Uji Marshall 5 Kadar Aspal untuk setiap tipe campuran dengan perkiraan Kadar Aspal Opt = Pb Lakukan Pengujian Marshall Hitung VIM, VMA, VFB, MQ, Mflow dan Mstabilitas Tidak Apakah Memenuhi Syarat? Ya Tentukan Kadar Aspal pada VIM = 6% Buat Benda Uji pada Kadar Aspal VIM=6% dan ± 0,5% masing masing 1 buah, padatkan sampai mencapai kepadatan mutlak Pengujian Kepadatan Mutlak VIM PRD Syarat Tidak Ya Tentukan KAO marshall dan KAO refusal Selesai Gambar III.2. Diagram Alir Penentuan Kadar Aspal Optimum dengan Perencanaan Campuran Pendekatan Kepadatan Mutlak

4 48 Tabel III.1 Pengujian Sifat-Sifat Teknis Agregat No. Pengujian Standar Agregat Kasar 1 Berat Jenis dan Penyerapan SNI Kekekalan bentuk agregat terhadap larutan natrium dan magnesium sulfat SNI Abrasi dengan mesin Los Angeles SNI Kelekatan agregat terhadap aspal SNI Angularitas DoT s Pennsylvania Test Method, PTM No Partikel Pipih BS Partikel Lonjong BS Agregat Halus 1 Berat Jenis dan Penyerapan SNI Nilai Setara Pasir SNI Material lolos saringan No.200 SNI Filler 1 Berat Jenis SNI Sumber : Departemen Kimpraswil (2003), Spesifikasi Campuran Aspal. Tabel III.2 Jenis Pengujian Sifat-sifat Teknis Aspal pen 60/70 No. Jenis Pengujian Standar 1 Penetrasi, 25 º C, 100 gr, 5 detik; 0,1 mm SNI Titik Lembek; o C SNI Titik Nyala; o C SNI Daktilitas pada 25 o C; cm SNI Berat jenis SNI Kelarutan dalam Trichloro Ethylene; % berat SNI Penurunan Berat (dengan TFOT); % berat SNI Penetrasi setelah penurunan berat; % asli SNI Daktilitas setelah penurunan berat; % asli SNI Sumber : Departemen Kimpraswil (2003), Spesifikasi Campuran Aspal.

5 49 III.4 Gradasi Agregat Gradasi agregat yang digunakan untuk perencanaan campuran adalah gradasi dari Laston Lapis Aus-1 (AC-BC). Gradasi agregat campuran diambil dari Spesifikasi Campuran Aspal Panas Departemen Pekerjaan Umum (Dep. Kimpraswil) tahun Dalam penelitian ini hanya 1 (satu) jenis gradasi yang dipilih. Gradasi yang terpilih adalah gradasi yang terletak di atas kurva fuller tanpa memotong kurva fuller dengan asumsi bahwa gradasi di atas kurva fuller ini akan membuat campuran cenderung lebih halus. Gradasi yang dipilih dari Laston Lapis Pengikat (AC-BC) ditunjukkan pada Tabel III.3, dan Gambar III.3. Tabel III.3 Gradasi Agregat yang diteliti Ukuran % Berat yang Lolos ayakan Laston Lapis Pengikat (AC-BC) ASTM (mm) Spesifikasi Fuller Gradasi dipilih ¾ ,8 94 ½ 12,50 Maks ,2 80 3/8 9,50-64,2 70 No.8 2, ,5 38 No.16 1,18-25,1 30 No.30 0,60-18,5 25 No.200 0, ,3 8 DAERAH LARANGAN No.4 4,75-47,0 50 No.8 2,36 34,6 34,5 38 No.16 1,18 22,3 28,3 25,1 30 No.30 0,60 16,7-20,7 18,5 25 No.50 0,30 13,7 13,6 18

6 50 Prosen lolos (%) daerah larangan max daerah larangan min Fuller titik kontrol at as titik kontrol bawah Gradasi Dipilih Gradasi A Ukuran Saringan (mm) Gambar III.3 Gradasi yang dipilih (di atas Fuller) III.5 Perencanaan Campuran dengan Metoda Marshall dengan Pendekatan Kepadatan Mutlak Untuk mendapatkan nilai Kadar Aspal Optimum (KAO) digunakan perencanaan dengan Metoda Marshall dengan Pendekatan Kepadatan Mutlak. Hal ini sesuai dengan spesifikasi dari Departemen Pekerjaan Umum mengenai Pedoman Teknis Perencanaan Campuran Beraspal dengan Pendekatan Kepadatan Mutlak tahun Pada pengujian dengan alat Marshall, hal pertama yang dilakukan adalah menghitung perkiraan awal KAO (P b ) dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : P b = 0,035 (%CA) + 0,045 (%FA) + 0,18(%FF) + K...(III.1) dimana : CA = Coarse Aggregate (Agregat Kasar) FA = Fine Aggregate (Agregat Halus) FF K = Fine Filler (Bahan Pengisi) = Konstanta, 0,5 s/d 1,0 untuk Laston

7 51 Dengan terlebih dahulu membulatkan nilai P b sampai 0,5% terdekat, kemudian siapkan benda uji Marshall pada 5 variasi kadar aspal masing masing 3 (tiga) benda uji, yaitu -1,0%, -0,5%, P b, +0,5% dan +1,0%. Benda uji yang digunakan adalah benda uji standar berbentuk tabung dengan diameter 102 mm (4 inch) dan tinggi 63,5 mm (2,5 inch). Tabel III.4 Jumlah Benda uji Untuk Metode Marshall dan Kepadatan Mutlak Kadar Aspal (%) Jumlah Benda Uji Laston Lapis Pengikat (AC- BC) Agregat Grobogan Agregat Sumedang Metode Marshall Pb 1,0 3 3 Pb 0,5 3 3 Pb 3 3 Pb + 0,5 3 3 Pb + 1,0 3 3 Jumlah Benda Uji masing- Masing Campuran Total Benda uji 30 Pengujian Kepadatan Mutlak X 0,5 1 1 X 1 1 X + 0,5 1 1 Jumlah Benda Uji masing- Masing Campuran 3 3 Total Benda uji 6 Pemadatan untuk uji Marshall dilakukan dengan penumbukan sebanyak 75 kali per bidang dengan menggunakan penumbuk Marshall. Setelah benda uji dipadatkan, kemudian disimpan pada suhu ruang selama 24 jam, selanjutnya benda uji ditimbang di udara, di dalam air dan dalam kondisi kering-permukaan jenuh (Saturated Surface Dry, SSD) untuk mendapatkan berat jenis bulk (Bulk Specific Gravity). Selanjutnya direndam pada temperatur 60 o C selama 30 menit dan siap untuk pengujian stabilitas dan flow.

8 52 Temperatur yang digunakan untuk pencampuran dan pemadatan benda uji didapatkan dari kurva hasil percobaan viskositas aspal dan nilainya diambil sebagai berikut : Untuk pencampuran : 170 ± 20 centistokes. Untuk pemadatan : 280 ± 30 centistokes. Saybolt Furol Viscosimeter digunakan untuk menghitung viskositas Saybolt Furol (detik) dan selanjutnya dikonversi menjadi nilai viskositas kinematis (centistokes) setelah dikalikan dengan faktor keamanan. Setelah nilai stabilitas dan flow didapat, kemudian dihitung besarnya Hasil Bagi Marshall (Marshall Quotient), Rongga diantara Mineral Agregat (VMA), Rongga dalam Campuran (VIM) dan Rongga terisi Aspal (VFB). Selanjutnya digambarkan grafik hubungan antara kadar aspal (%) dengan masing masing parameter Marshall yang telah dihitung sebelumnya. Untuk mendapatkan KAO pada kondisi kepadatan mutlak, selanjutnya dibuat 3 (tiga) contoh uji tambahan dengan kadar aspal sebagai berikut : satu kadar aspal pada VIM 6% dan 2 (dua) kadar aspal terdekat yaitu -0,5% dan + 0,5%. Masing masing kadar aspal dibuat 1 (satu) benda uji. Tetapi pemilihan kadar aspal yang diambil untuk uji PRD tidak harus mengacu pada VIM tersebut tetapi disesuaikan dengan nilai kadar aspal yang mempunyai VIM 2,5%, ditambah dengan satu buah benda uji dengan kadar aspal yang menghasilkan VIM di atas dan di bawah 2,5%. Jika dirasa perlu, maka benda uji dapat ditambah jumlahnya. Benda uji kemudian dipadatkan dalam cetakan (Mold) yang berukuran mm (6 inch), dengan pemadat getar (BS 598 Part 104, 1989), atau dengan pemadat Marshall sebanyak 400 tumbukan untuk masing-masing bidang pada cetakan 102 mm (4 inch). Dari pengujian ini didapatkan nilai VIM refusal atau VIM ref. Selanjutnya dibuat grafik hubungan antara VIM ref dengan kadar aspal. Dengan melihat pada batas batas yang disyaratkan untuk semua parameter Marshall (Stabilitas, Flow, MQ, VFB, VMA, VIM dan VIM ref ), maka tentukan besarnya KAO sehingga memenuhi

9 53 semua kriteria. Kriteria yang disyaratkan untuk laston lapis pengikat (AC-BC) dapat dilihat pada Tabel III.5. Tabel III.5. Ketentuan Sifat sifat Campuran Laston Lapis Pengikat (AC-BC) Sifat-sifat Campuran AC-BC Penyerapan aspal (%) Maks. 1,2 Jumlah tumbukan per bidang 75 Rongga dalam campuran (VIM)(%) Min. 3,5 Maks. 5,5 Rongga dalam Agregat (VMA)(%) Min. 14 Rongga terisi aspal (VFB)(%) Min. 63 Stabilitas Marshall (kg) Min. 800 Maks. - Kelelehan (mm) Min. 3 Marshall Quotient (kg/mm) Min. 250 Stabilitas Marshall Sisa (%) setelah perendaman selama 24 jam, 60 ºC Min. 75 Rongga dalam campuran (%) pada Kepadatan membal (refusal) Min. 2,5 Sumber : Departemen Kimpraswil (2003), Spesifikasi Campuran Aspal. III.6 Uji Rendaman Marshall Pengujian ini dilakukan untuk melihat ketahanan campuran terhadap pengaruh kerusakan oleh air. Air pada campuran beraspal dapat mengakibatkan berkurangnya daya lekat aspal terhadap agregat sehingga dapat melemahkan ikatan antar agregat. Pengujian dilakukan dengan membuat 6 (empat) benda uji pada KAO. Untuk 3 (tiga) benda uji pertama dilakukan perendaman dalam air dengan suhu 60 o C selama 24 jam dan lakukan pengujian Marshall, kemudian pada sisa benda uji dilakukan pengujian Marshall standar. Kehilangan stabilitas akibat perendaman di air diukur sebagai ketahanan terhadap pengaruh air. Perbandingan stabilitas pada benda uji yang direndam dengan yang standar disebut Indeks Kekuatan Marshall Sisa (Marshall Index of Retained Strength) yang dinyatakan dalam persen.

10 54 Tabel III.6 Jumlah Benda uji Untuk Rendaman Marshall Kadar Aspal (%) Jumlah Benda Uji Laston Lapis Pengikat (AC-BC) Agregat Grobogan Agregat Sumedang KAO 6 6 Total Benda uji 12 III.7 Pengujian Kelelahan (Fatigue Flexural Test) Benda uji yang digunakan adalah campuran pada kondisi KAO yang memenuhi persyaratan Indeks Kekuatan Marshall Sisa. Benda uji dicetak pada cetakan besi yang berukuran panjang 39 cm, lebar 30 cm, dan tinggi 5 cm, yang merupakan modifikasi dari cetakan benda uji untuk pengujian Wheel Tracking. Volume dan berat satu cetakan benda uji dihitung menurut formula yang digunakan untuk menghitung berat campuran dengan ketebalan lima centimeter, yaitu: W = V D CF... (III.2) dimana, W = berat campuran (kg) V = volume campuran = 5 x 30 x 39 cm 3 D = kepadatan (ton/m 3 ) (kepadatan benda uji pada KAO dari hasil pengujian Marshall dan Kepadatan Mutlak) CF = 1,03 yaitu faktor koreksi berdasarkan asumsi adanya bahan yang hilang pada saat pencampuran dan pencetakan Proses pembuatan benda uji dengan tambahan geogrid agak berbeda dengan campuran NG dan harus dilakukan dengan benar. Prosesnya adalah sebagai berikut: a) Oleskan aspal emulsi dengan kuas ke atas geogrid sesuai dengan besar penyebaran tack coat. Diamkan untuk beberapa lama agar aspal emulsi

11 55 meresap ke dalam geogrid (setting). Aspal perekat yang digunakan adalah jenis aspal emulsi dengan viskositas 140 cst dan berat jenis 1,016 gr/cc. b) Campuran aspal dengan KAO mr diaduk dengan sempurna dalam alat pencampur. c) Tuangkan terlebih dahulu campuran aspal ke dalam cetakan besi sebesar prosentase dari total berat campuran untuk menempatkan posisi geogrid yang tepat, misal untuk campuran G (0,25 1,0 TC) maka campuran aspal yang dituang ke dalam cetakan besi terlebih dahulu adalah sebesar ¼ total berat campuran. d) Padatkan dengan alat pemadat sekedarnya untuk mendapatkan permukaan yang rata. e) Pasang geogrid dengan sisi permukaan yang tepat tanpa penegangan. Geogrid mempunyai dua sisi permukaan yang berbeda, sisi bawah berfungsi untuk merekatkan geogrid dengan lapisan lama sedangkan sisi atas yang terdapat anyaman serat filamen menerus dengan mechanically bonded yang mempunyai kuat tarik yang tinggi. f) Tuang kembali sisa campuran aspal ke dalam cetakan besi. g) Lakukan pemadatan dengan pemadat roda dengan tekanan kontak sebesar 5,6 kg/cm 2 sebanyak 75 lintasan disesuaikan dengan jumlah tumbukan pada pemadatan Marshall, untuk memperoleh kepadatan yang kurang lebih sama dengan kepadatan Marshall. h) Simpan campuran pada suhu ruang selama 24 jam sebelum cetakan dibuka dan dipotong untuk mendapatkan benda uji yang sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan, yaitu panjang 35 cm, lebar 6,5 cm, dan tinggi 5 cm. i) Benda uji yang telah dipotong kemudian di cat dengan warna putih dan diberi garis arah horisontal pada setiap jarak 1 cm pada satu sisinya. j) Beri tanda berupa kode pada benda uji sesuai dengan jenis campuran dan tegangan yang akan diberikan. k) Hitung dimensi setiap benda uji (panjang, lebar dan tinggi).

12 56 Gambar III.4 Cetakan Benda Uji Dartec Terdapat 4 (empat) variasi benda uji yang akan diselidiki yaitu perkerasan tanpa dan dengan perkuatan geosintetik PGM-G, adapun rinciannya adalah sebagai berikut: Campuran tanpa geogrid/ non-geogrid ( NG ) Campuran memakai geogrid dengan posisi pemasangan geogrid pada ½ tebal dari bagian bawah benda uji dengan tack coat sebesar 1.0 lt/m2 (G (0,5-1.0 TC) ) Campuran memakai geogrid dengan posisi pemasangan geogrid pada ¼ tebal dari bagian bawah benda uji dengan tack coat sebesar 1.0 lt/m2 (G (0, TC) ) Campuran memakai geogrid dengan posisi pemasangan geogrid pada ¼ tebal dari bagian bawah benda uji dengan tack coat sebesar 1.6 lt/m2 (G (0, TC) )

13 57 Tabel III.7 Jumlah benda uji untuk pengujian DARTEC Beban Jumlah Benda Uji Laston Lapis Pengikat (AC-BC) NG G (0,5-1.0 TC) G (0, TC) G (0, TC) 0,10 kn ,15 kn ,20 kn Jumlah Benda Uji masing-masing Campuran Total Benda uji 12 Gambar III.5 menggambarkan variasi benda uji, sedangkan Gambar III.6 mengilustrasikan pembuatan benda uji dan contoh sampel benda uji yang akan diselidiki. P = 35 cm h = 5 cm (a) Benda Uji Tanpa PGM-G (NG) h = 5 cm (b) Benda Uji + PGM-G di ½ tinggi benda uji dengan Tack Coat sebesar 1.0 lt/m2 (G 0,5-1,0 TC) ½* h = 2.5 cm h = 5 cm (c) Benda Uji + PGM-G di ¼ tinggi benda uji dengan Tack Coat sebesar 1.0 lt/m2 (G 0,25 1,0 TC) ¼ h = 1.25 cm h = 5 cm (d) Benda Uji + PGM-G di ¼ tinggi benda uji dengan Tack Coat sebesar 1,6 lt/m2 (G 0,25-1,6 TC) ¼ * h = 1.25 cm Gambar III.5 Variasi Benda Uji yang diteliti

14 58 Gambar III.6 Pembuatan Benda Uji dan Contoh Sampel Benda Uji Pengujian dilakukan pada kondisi suhu ruang dengan pembebanan metoda three point bending pada tiga tingkat beban yaitu 0,10 KN, 0,15 KN, dan 0,20 KN yang menyebabkan terjadinya tegangan sebesar 0,30 MPa, 0,45 Mpa, dan 0.60 Mpa. Pembebanan dilakukan menggunakan kontrol tegangan pada frekuensi 10 Hz (10 siklus per detik) dan berpola sinusoidal. Pengambilan besarnya nilai frekuensi didasarkan pada kecepatan kendaraan 60 Km/jam dengan perhitungan sebagai berikut : Waktu Pembebanan (t, detik) ; t = 1/v = 1/60 = 0,01667 Frekuensi (Hz) f = 1 1 = = 9,55 Hz 10 Hz 2πt 2π (0,01667) Pengujian akan dihentikan jika benda uji hancur total atau jika actuator tidak lagi memberikan respon. Data keluaran berupa waktu pembebanan (t), beban (kn), dan lendutan kumulatif (mm). Parameter lain yang dibutuhkan untuk analisa, yaitu ; lendutan pada siklus ke-200 (δ 200 ) untuk menentukan Modulus Kekakuan Awal Campuran (E o ) dan besarnya regangan tarik awal; jumlah siklus saat retak awal terjadi (N i ). Hasil pengujian Kelelahan disajikan dalam bentuk grafik, yaitu:

15 59 1. Lendutan kumulatif (Σδ i ) terhadap jumlah siklus pembebanan (N), pada skala normal. 2. Tegangan (σ) terhadap umur kelelahan (N f ), pada skala logaritma. 3. Tegangan (σ) terhadap regangan tarik awal (ε 200 ), pada skala normal. 4. Tegangan (σ) terhadap umur retak awal (N i ), pada skala logaritma. 5. Tegangan (σ) terhadap jumlah siklus penjalaran retak (N p ), pada skala logaritma. 6. Tegangan (σ) terhadap tingkat penjalaran retak (r p ), pada skala logaritma. III. 8 Rekapitulasi Jumlah Kebutuhan Benda Uji Penelitian ini dilakukan berdasarkan 1 (satu) variasi gradasi agregat, dengan 2 (dua) jenis campuran. Rekapitulasi jumlah kebutuhan benda uji pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel III.8 merekapitulasi. di bawah ini. Tabel III.8 Rekapitulasi rencana jumlah kebutuhan benda uji NO Jenis Pengujian Laston Lapis Pengikat (AC-BC) Jumlah Agregat Agregat Benda Uji Grobogan Sumedang 1. Marshall Kepadatan Mutlak Perendaman Marshall Pengujian DARTEC Kebutuhan Total Benda Uji 60