PERENCANAAN TEBAL PERKERASAN LENTUR DENGAN PROGRAM KENPAVE DAN STUDI PARAMETER PENGARUH TEBAL LAPIS DAN MODULUS ELASTISITAS TERHADAP NILAI TEGANGAN, REGANGAN DAN REPETISI BEBAN Putri Nathasya Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia Abstrak Jalan merupakan salah satu infrastruktur yang sangat penting dalam suatu negara yang memfasilitasi sarana transportasi antar daerah maupun kota. Berdasarkan jenis perkerasannya, jalan terdiri dari dua jenis salah satunya adalah perkerasan lentur. Untuk merencanakan tebal perkerasan lentur ada dua metode yang dapat digunakan yaitu metode empiris, yang umumnya digunakan di Indonesia adalah metode empiris Bina Marga 1987 dan metode analitis berdasarkan teori sistem lapis banyak. Perhitungan metode analitis pada penelitian ini menggunakan program KENPAVE. Langkah awal perencanaan ini adalah dengan mengasumsikan tebal lapis perkerasan. Dan juga dibutuhkan parameter modulus elastisitas dan poisson ratio. Dari data tersebut maka akan didapatkan nilai tegangan dan regangan pada struktur perkerasan. Dengan menggunakan analisa kerusakan struktur perkerasan, dari nilai regangan tarik horisontal dapat diperoleh jumlah repetisi beban yang terjadi dengan menggunakan persamaan retak fatik (N f ). Dari nilai regangan tekan vertikal juga dapat diperoleh jumlah repetisi beban dengan menggunakan persamaan kerusakan rutting (N d ). Hasil nilai N f dan N d harus lebih besar dari N rencana. Pada penelitian ini dilakukan studi parameter yaitu studi parameter tebal lapis perkerasan dan nilai modulus elastisitas. Pada studi parameter ini akan dihasilkan pengaruh tebal lapis perkerasan terhadap nilai tegangan dan regangan tarik di bawah lapisan permukaan serta repetisi beban berdasarkan kerusakan fatik dan regangan tekan di bawah lapisan pondasi bawah serta repetisi beban berdasarkan kerusakan rutting. Begitu juga dengan studi parameter modulus elastisitas. Dari studi parameter ini dapat disimpulkan semakin besar tebal lapis perkerasan dan nilai modulus elastisitas semakin kecil nilai regangan yang dihasilkan dan semakin besar repetisi beban. Kata kunci : Jalan, perkerasan lentur, Bina Marga 1987, sistem lapis banyak, KENPAVE
1. Pendahuluan Salah satu infrastruktur yang berperan penting dalam berkembangnya suatu negara adalah infrastruktur jalan. Perkerasan jalan merupakan hal yang paling penting dalam konstruksi jalan raya sehingga perencanaannya harus dilakukan dengan benar. Jika terjadi suatu masalah atau kerusakan seperti lubang, retak atau licin maka akan berakibat pada kelancaran lalu lintas. Kerusakan pada jalan diakibatkan oleh beban lalu lintas yang diterima permukaan perkerasan. Hal ini berpengaruh kepada struktur perkerasan di bawahnya. Setiap lapis struktur perkerasan akan mengalami tegangan dan regangan, nilai tegangan dan regangan maksimal berada tepat di bawah beban kendaraan tersebut. Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Merencanakan tebal perkerasan lentur menggunakan metode analitis dengan program KENPAVE. b. Menganalisa pengaruh tebal lapis perkerasan terhadap nilai nilai regangan yang terjadi. c. Menganalisa pengaruh modulus elastisitas lapis perkerasan terhadap nilai nilai regangan yang terjadi. Manfaat dari penelitian ini agar dapat dijadikan referensi dalam suatu perencanaan struktur perkerasan lentur.
2. Lingkup Penelitian Batasan masalah dalam penulisan skripsi ini adalah: a. Perencanaan tebal perkerasan lentur sesuai dengan Metode Analisa Komponen Bina Marga (1987). b. Studi kasus yang disajikan adalah Jalan Tol Cipularang (perkerasan lentur) tahun 2005 dengan data yang didapat adalah volume lalu litas, kondisi lingkungan, data jenis perkerasan. c. Penggunaan metode analitis multilayer system dengan menggunakan program KENPAVE (Huang, 1993). 3. Metodologi Metodologi penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Identifikasi masalah pada penelitian ini dan melakukan peninjauan pustaka yang akan digunakan sebagai penulisan dan penggunaan metode perencanaan dan analisa. b. Validasi perhitungan sistem lapis banyak antara secara manual dan dengan program KENPAVE. c. Perencanaan tebal lapis perkerasan dengan menggunakan metode empiris dan program KENPAVE dan membandingkan hasil yang diperoleh. Dengan menggunakan kurva fatik akan didapatkan nilai N f dan N d berdasarkan pada hasil nilai regangan tarik horisontal dari perhitungan program. Nilai N f dan N d harus lebih besar dari nilai N rencana pada perhitungan metode empiris.
d. Analisa studi parameter tebal lapis perkerasan dan modulus elastisitas, menganalisa pengaruh perubahan tebal lapis perkerasan dan nilai modulus elastisitas terhadap tegangan, regangan dan repetisi beban. e. Pengambilan kesimpulan dan saran untuk penelitian selanjutnya. 3.1 Perencanaan Tebal Perkerasan dengan Metode Bina Marga Data data yang digunakan adalah sebagai berikut: Tabel 3.1 Tabel Volume Lalu Lintas Jalan Tol Cipularang Tahun 2005 Jenis Kendaraan Jumlah Kendaraan Sedan + pick up 5024 Truk / Bis kecil 130 Truk / Bis sedang 1784 Truk / Bis besar 2193 Truk 3-4 as 1129 Truk gandeng 313 Semi trailer 557 Fungsi jalan Jumlah lajur dan arah : 2 Umur rencana : Jalan Tol : 20 tahun CBR : 6 % Masa pelaksanaan : 2 tahun Jalur dan distribusi kendaraan - Jumlah jalur : 2 jalur - Koefisien distribusi (C) : 0.5 Faktor regional - Kelandaian : < 6% - Kendaraan berat : >30 % - Iklim /curah hujan : >900 mm/thn
Hasil perhitungan tebal perkerasan dengan metode Bina Marga disajikan pada gambar 4.1. Gambar 3.1 Tebal Perkerasan Jalan Metode Bina Marga 3.2 Perencanaan Tebal Perkerasan dengan Program KENPAVE Asumsi tebal lapisan perkerasan berdasarkan tebal minimum lapis perkerasan. Tabel 3.2 Asumsi Tebal Lapis Perkerasan Program KENPAVE Lapis E (kpa) μ Tebal minimum (cm) Lapis permukaan 2800000 0.35 10 Lapis pondasi atas 140000 0.35 25 Lapis pondasi bawah 280000 0.3 35 Tanah dasar 35000 0.5 Jumlah repetisi beban yang didapat dari asumsi tebal perkerasan di atas jauh lebih besar dari jumlah repetisi beban rencana. Dengan menggunakan cara yang sama,mengasumsikan tebal perkerasan dapat diperoleh nilai optimum jumlah repetisi beban yang mendekati nilai repetisi beban rencana, yaitu 52340. Tabel 3.3 Asumsi Tebal Lapis Perkerasan Program KENPAVE Lapis E (kpa) μ Tebal Nilai Optimum (cm) Lapis permukaan 2800000 0.35 6 Lapis pondasi atas 140000 0.35 15 Lapis pondasi bawah 280000 0.3 20 Tanah dasar 35000 0.5
Tabel 3.4 Tebal Perkerasan Jalan Metode Bina Marga dan Program KENPAVE Lapis Perkerasan Metode Bina Program KENPAVE Program KENPAVE Marga (tebal minimum) (nilai optimum) Laston 10 cm 10 cm 6 cm Laston pondasi 25 cm 25 cm 15 cm Batu pecah kelas A 35 cm 35 cm 20 cm 3.3 Studi Parameter Berikut adalah data asumsi untuk analisa studi parameter: Contact pressure Contact radius : 539 kpa : 22 cm Poisson ratio : 0.5 Tabel 3.5 Data Studi Parameter Lapis Perkerasan Modulus Elastisitas (kpa) Tebal Lapisan (cm) Permukaan 2800000 10 Pondasi atas 140000 15 Pondasi bawah 70000 45 Tanah dasar 35000 3.3.1 Studi Parameter Pengaruh Tebal Lapisan Perkerasan Terhadap Nilai Regangan Tekan, Regangan Tarik dan Repetisi Beban Gambar 3.2 Hasil Nilai Tegangan di Bawah Lapis Permukaan
Gambar 3.3 Hasil Nilai Regangan Tarik di Bawah Lapis Permukaan Gambar 3.4 Hasil Nilai Regangan Tekan di Bawah Lapis Pondasi Bawah Gambar 3.5 Repetisi Beban Berdasarkan Analisa Kerusakan Fatik dan Rutting
3.3.2 Studi Parameter Pengaruh Modulus elastisitas Lapisan Perkerasan Terhadap Nilai Regangan Tekan, Regangan Tarik dan Repetisi Beban Gambar 3.6 Hasil Nilai Tegangan di Bawah Lapis Permukaan Gambar 3.7 Hasil Nilai Regangan Tarik di Bawah Lapis Permukaan Gambar 3.8 Hasil Nilai Regangan Tekan di Bawah Lapis Pondasi Bawah
Gambar 3.9 Repetisi Beban Berdasarkan Analisa Kerusakan Fatik dan Rutting 4. Kesimpulan Dari hasil penelitian yang dilakukan, dapat ditarik kesimpulan. Antara lain adalah: a. Program KENPAVE dapat digunakan untuk merencanakan tebal perkerasan dengan mengetahui nilai regangan tarik bagian bawah lapis permukaan dan regangan tekan bagian bawah lapis pondasi bawah, maka akan diperoleh jumlah repetisi beban. b. Data lalu lintas Tol Cipularang Tahun 2005 dalam perencanaan tebal lapis perkerasan dengan menggunakan metode Bina Marga dan program KENPAVE menghasilkan tebal lapis perkerasan yang berbeda. c. Perubahan tebal lapis perkerasan sangat berpengaruh terhadap nilai regangan, semakin tebal lapisan maka semakin kecil regangan sehingga diperoleh repetisi beban yang besar. Hal ini disebabkan karena bertambahnya tebal lapis perkerasan maka akan memperpanjang waktu untuk memulai retak, memperpanjang waktu untuk terjadinya perambatan hingga terjadi kerusakan.
d. Perubahan nilai modulus elastisitas lapis perkerasan cukup berpengaruh terhadap nilai regangan, semakin besar nilai modulus elastisitas maka semakin kecil regangan sehingga diperoleh repetisi beban yang besar. Hal ini disebabkan oleh semakin besar nilai modulus elastisitas bahan maka akan menambah kekakuan bahan tersebut sehingga memperkecil nilai regangan. 5. Saran Untuk penelitian selanjutnya disarankan: a. Mengambil studi parameter dengan memvariasikan pengaruh beban kendaraan terhadap nilai regangan dan repetisi beban. b. Melakukan kajian perencanaan tebal perkerasan kaku dnegan menggunakan program KENPAVE.
Daftar Pustaka [1] AI. 1981b.Asphalt Pavement Thickness Design, Information Series No. 181. Asphalt Institute [2] Departemen Pekerjaan Umum. (1987). Petunjuk Perencanaan Tebal Perkerasan Lentur Jalan Raya dengan Metode Analisa Komponen.Yayasan Badan Penerbit PU, Jakarta [3] Dirjen Bina Marga, Bipran. (1970). Peraturan Perencanaan Geometrik Jalan Raya No. 13/1970. Jakarta [4] Departemen Pekerjaan Umum, Dirjen Bina Marga. (1983). Buku Pedoman Penentuan Tebal Perkerasan Lentur Jalan Raya No.01/PD/B/1983. Jakarta [5] Ekwulo, E.O & Eme, D. B.(2009). Fatigue and Rutting Strain Analysis of Flexible Pavements Designed Using CBR Methods. African Journal of Environmental Science and Technology, Vol. 3 (12), pp. 412-421. [6] Huang, Yang H. (2004). Pavement Analysis And Design. Pearson Education, Upper Saddle River, New Jersey [7] Sugeng, Bambang.(2007). Peranan Rekayasa Perkerasan Jalan Dalam Mendukung Terwujudnya Sustainable Transportation. Kolokium Puslitbang Jalan dan Jembatan. Institut Teknologi Bandung [8] Suryadharma, Hendra & Benediktus Susanto (1999). Rekayasa Jalan Raya. Universitas Atma Jaya, Yogyakarta
[9] Yoder E.J & M.W Witczak. (1975). Principles Of Pavement Design. Wiley, New York [10] Yoder E.J. (1959). Principles Of Pavement Design. Wiley, New York [11] Wright, B.H. (1996). Highway Engineering. Jhon Wiley & Sons Inc. New York
FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN USING KENPAVE PROGRAM AND PARAMETER STUDY OF PAVEMENT THICKNESS AND MODULUS ELASTIC OF STRESS, STRAIN AND LOAD REPETITION Putri Nathasya Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia Abstract Road is the critical infrastructure in a country that facilitates inter-regional transportation and the city. There are two type of pavement, which is flexible pavement. To design a flexible pavement thickness there are two methods can use the empirical method, which is commonly used in Indonesia is an empirical method Bina Marga 1987 and analytical methods based on the theory of multilayer system. This study used analytical methods with KENPAVE program. The first step to design pavement with this program is assume a thick layer of pavement. And also parameter modulus of elasticity value and Poisson ratio. From these parameter it will get the stress and strain value in the pavement structure. By using the analysis of structural damage to the pavement, from the horizontal tensile strain can be obtained by the number of load repetitions that occur by using the equation of fatigue (N f ). Of the vertical compressive strain can also be obtained by the number of load repetitions using the equation rutting damage (N d ). N d value of N f and the results must be greater than N rencana. In this research there is parameters study of pavement thickness and the modulus elastic. In this study will result the influence of these parameters against stress and tensile strain below the surface layer and the load repetition on the fatigue damage and the compressive strain in the layer below the subbase and load repetitions based on the rutting damage. From this parameter study concluded the greater thickness of pavement layers and the modulus will result smaller value of strain and the greater the load repetition. Kata Kunci: Road,flexible pavement, Bina Marga 1987, multilayer system, KENPAVE
1. Pendahuluan One of the important infrastructure in the development country is road infrastructure. Pavement is the most important in this construction so that the design habe to be correctly. In case of problems or damage such as holes, cracks or slick it will effect to the traffic. Damage of roads is caused by traffic loads are acceptable pavement surface. This affects the pavement structure. Each layer of pavement structure will have stress and strain. Objective and benefit of this research are: a. Design a flexible pavement thickness using an analytical method with KENPAVE program. b. Analyze the influence of a pavement thickness of the starin value. c. Analyze the influence of a modulus elastic of the starin value. The benefits of this research in order to be referenced to design flexible pavement.
2. Scope of Research In this study, limits the bproblem to be used are: a. Design flexible pavement using method Analisa Komponen Bina Marga (1987). b. Case study, which is Jalan Tol Cipularang 2005, the data include traffic volume, environmental condition, and type of pavement. c. Used the analytical method multilayer system with KENPAVE program (Huang, 1993).
3. Methodology Mulai Identifikasi Masalah Peninjauan Pustaka Validasi Program KENPAVE Manual Sistem Lapis Banyak Program KENPAVE Perencanaan Tebal Perkerasan Studi Kasus Metode Bina Marga Program KENPAVE N rencana N f dan N d N f dan N d > Nrencana Studi Parameter Pengaruh perubahan tebal lapis perkerasan Pengaruh perubahan modulus elastisitas Analisa Studi Parameter Kesimpulan dan Saran Selesai
3.1 Perencanaan Tebal Perkerasan dengan Metode Bina Marga Data data yang digunakan adalah sebagai berikut: Tabel 3.1 Tabel Volume Lalu Lintas Jalan Tol Cipularang Tahun 2005 Jenis Kendaraan Jumlah Kendaraan Sedan + pick up 5024 Truk / Bis kecil 130 Truk / Bis sedang 1784 Truk / Bis besar 2193 Truk 3-4 as 1129 Truk gandeng 313 Semi trailer 557 Fungsi jalan Jumlah lajur dan arah : 2 Umur rencana : Jalan Tol : 20 tahun CBR : 6 % Masa pelaksanaan : 2 tahun Jalur dan distribusi kendaraan - Jumlah jalur : 2 jalur - Koefisien distribusi (C) : 0.5 Faktor regional - Kelandaian : < 6% - Kendaraan berat : >30 % - Iklim /curah hujan : >900 mm/thn Hasil perhitungan tebal perkerasan dengan metode Bina Marga disajikan pada gambar 4.1.
Gambar 3.1 Tebal Perkerasan Jalan Metode Bina Marga 3.2 Perencanaan Tebal Perkerasan dengan Program KENPAVE Asumsi tebal lapisan perkerasan berdasarkan tebal minimum lapis perkerasan. Tabel 3.2 Asumsi Tebal Lapis Perkerasan Program KENPAVE Lapis E (kpa) μ Tebal minimum (cm) Lapis permukaan 2800000 0.35 10 Lapis pondasi atas 140000 0.35 25 Lapis pondasi bawah 280000 0.3 35 Tanah dasar 35000 0.5 Jumlah repetisi beban yang didapat dari asumsi tebal perkerasan di atas jauh lebih besar dari jumlah repetisi beban rencana. Dengan menggunakan cara yang sama,mengasumsikan tebal perkerasan dapat diperoleh nilai optimum jumlah repetisi beban yang mendekati nilai repetisi beban rencana, yaitu 52340. Tabel 3.3 Asumsi Tebal Lapis Perkerasan Program KENPAVE Lapis E (kpa) μ Tebal Nilai Optimum (cm) Lapis permukaan 2800000 0.35 6 Lapis pondasi atas 140000 0.35 15 Lapis pondasi bawah 280000 0.3 20 Tanah dasar 35000 0.5 Tabel 3.4 Tebal Perkerasan Jalan Metode Bina Marga dan Program KENPAVE Metode Bina Program KENPAVE Program KENPAVE Lapis Perkerasan Marga (tebal minimum) (nilai optimum)
Laston 10 cm 10 cm 6 cm Laston pondasi 25 cm 25 cm 15 cm Batu pecah kelas A 35 cm 35 cm 20 cm 3.3 Studi Parameter Berikut adalah data asumsi untuk analisa studi parameter: Contact pressure Contact radius : 539 kpa : 22 cm Poisson ratio : 0.5 Tabel 3.5 Data Studi Parameter Lapis Perkerasan Modulus Elastisitas (kpa) Tebal Lapisan (cm) Permukaan 2800000 10 Pondasi atas 140000 15 Pondasi bawah 70000 45 Tanah dasar 35000 3.3.1 Studi Parameter Pengaruh Tebal Lapisan Perkerasan Terhadap Nilai Regangan Tekan, Regangan Tarik dan Repetisi Beban Gambar 3.2 Hasil Nilai Tegangan di Bawah Lapis Permukaan
Gambar 3.3 Hasil Nilai Regangan Tarik di Bawah Lapis Permukaan Gambar 3.4 Hasil Nilai Regangan Tekan di Bawah Lapis Pondasi Bawah Gambar 3.5 Repetisi Beban Berdasarkan Analisa Kerusakan Fatik dan Rutting
3.3.2 Studi Parameter Pengaruh Modulus elastisitas Lapisan Perkerasan Terhadap Nilai Regangan Tekan, Regangan Tarik dan Repetisi Beban Gambar 3.6 Hasil Nilai Tegangan di Bawah Lapis Permukaan Gambar 3.7 Hasil Nilai Regangan Tarik di Bawah Lapis Permukaan Gambar 3.8 Hasil Nilai Regangan Tekan di Bawah Lapis Pondasi Bawah
Gambar 3.9 Repetisi Beban Berdasarkan Analisa Kerusakan Fatik dan Rutting 4. Kesimpulan a. KENPAVE program can be used to design the pavement thickness to determine the value of tensile strain below the surface layer and the compressive strain in the lower layers of the subbase, will get the load repetitions. b. The traffic data Tol Cipularang Tahun 2005 to design the pavement using two method Bina Marga and KENPAVE program it give different result. c. Pavement layer thickness changes greatly affect the value of strain, the thicker the layer, the smaller strain in order to obtain a large load repetitions. This is because the increase in the thick layer of pavement will extend the time to start cracking, extend the time for the propagation up to the damage occurred. d. Changes in the value of elastic modulus of pavement layers enough to affect the value of strain, the greater the value of modulus of elasticity, the smaller strain in order to obtain a large load repetitions. This is due to the greater
value of the modulus of elasticity of the material it will increase the stiffness of the material is so reduce the strain 5. Saran For next research: a. Varying the parameters studied the influence of vehicle load on the strain and load repetitions. b. Conduct design studies rigid pavement thickness using KENPAVE program.
Daftar Pustaka [1] AI. 1981b.Asphalt Pavement Thickness Design, Information Series No. 181. Asphalt Institute [2] Departemen Pekerjaan Umum. (1987). Petunjuk Perencanaan Tebal Perkerasan Lentur Jalan Raya dengan Metode Analisa Komponen.Yayasan Badan Penerbit PU, Jakarta [3] Dirjen Bina Marga, Bipran. (1970). Peraturan Perencanaan Geometrik Jalan Raya No. 13/1970. Jakarta [4] Departemen Pekerjaan Umum, Dirjen Bina Marga. (1983). Buku Pedoman Penentuan Tebal Perkerasan Lentur Jalan Raya No.01/PD/B/1983. Jakarta [5] Ekwulo, E.O & Eme, D. B.(2009). Fatigue and Rutting Strain Analysis of Flexible Pavements Designed Using CBR Methods. African Journal of Environmental Science and Technology, Vol. 3 (12), pp. 412-421. [6] Huang, Yang H. (2004). Pavement Analysis And Design. Pearson Education, Upper Saddle River, New Jersey [7] Sugeng, Bambang.(2007). Peranan Rekayasa Perkerasan Jalan Dalam Mendukung Terwujudnya Sustainable Transportation. Kolokium Puslitbang Jalan dan Jembatan. Institut Teknologi Bandung [8] Suryadharma, Hendra & Benediktus Susanto (1999). Rekayasa Jalan Raya. Universitas Atma Jaya, Yogyakarta
[9] Yoder E.J & M.W Witczak. (1975). Principles Of Pavement Design. Wiley, New York [10] Yoder E.J. (1959). Principles Of Pavement Design. Wiley, New York [11] Wright, B.H. (1996). Highway Engineering. Jhon Wiley & Sons Inc. New York