Rekaracana Teknik Sipil Itenas No.x Vol.xx Jurnal Online Institut Teknologi Nasional Januari 2015 Studi Pengaruh Pengurangan Tebal Perkerasan Kaku Terhadap Umur Rencana Menggunakan Metode AASHTO 1993 PRATAMA, R. ELDIAN 1, PRASETYANTO, DWI 2 1 Mahasiswa, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Nasional 2 Dosen, Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Nasional E-mail:eldianpratama@yahoo.com ABSTRAK Jenis perkerasan jalan yang digunakan di Indonesia saat ini terdiri dari perkerasan lentur (flexible pavement) dan perkerasan kaku (rigid pavement). Tebal perkerasan kaku dapat direncanakan dengan beberapa metode, antara lain PCA (Portland Cement Association- USA), AASHTO 1993, dan Bina Marga. Salah satu metode yang diadopsi oleh Indonesia adalah metode AASHTO 1993. Penelitian ini dilakukan untuk mengkaji pengaruh pengurangan tebal pelat terhadap pengurangan umur rencana berdasarkan metode AASHTO 1993. Data yang digunakan merupakan data dummy berupa data lalu lintas rencana, CBR, Pertumbuhan Lalu lintas, Umur Rencana, dan Kuat tekan. Perhitungan tebal perkerasan kaku menghasilkan tebal pelat 10 in 26 cm. Tebal pelat dikurangi dengan skenario pengurangan sebesar 1 cm sebanyak duabelas kali. Pengurangan tebal pelat sebesar 1 cm menghasilkan umur rencana yang tidak berkurang jauh. Contohnya pada percobaan pertama dengan tebal pelat 25 cm 10 in diperoleh umur rencana sebesar 30 tahun. Berdasarkan analisis, pengurangan tebal pelat sebesar 1 cm tidak mempengaruhi umur rencana secara signifikan. Kata-kata kunci: Pengurangan Tebal, Metode AASHTO 1993, Umur Rencana. ABSTRACT Nowadays, the types of road pavement used in Indonesia are flexible pavement and rigid pavement. Rigid pavement thickness can be calculated by several methods such as PCA (Portland Cement Association-USA), AASHTO 1993, and Bina Marga. One of those methods that adopted in Indonesia is AASHTO 1993 method. Purpose of this study is to examine the effect of plate thickness reduction to the reduction of design life, based on AASHTO 1993 method. Dummy data are used in this research and those are including design traffic, CBR, traffic growth, design life, and compressive strength. Rigid pavement thickness calculation resulted the plate thickness are 10 inch 26 cm. Plate thickness reduced 1 cm for twelve times. Reducing 1 cm of plate thickness did not make design life much decreased. For example, in the first experiment with 25 cm 10 inch thick plates obtained 30 years of design life. Based on the analysis, thickness reduction of 1 cm does not significantly affect the design life. Keywords: Thickness Reduction, AASHTO 1993 Method, Design Life. Rekaracana - 1
Pratama, R. Eldian, Prasetyanto, Dwi 1. PENDAHULUAN Agar struktur perkerasan jalan kokoh selama masa pelayanan, aman dan nyaman bagi pengguna jalan diperlukan perencanaan tebal perkerasan yang baik. Tebal perkerasan kaku dapat direncanakan dengan beberapa metode, antara lain PCA (Portland Cement Association- USA), AASHTO 1993, AUSTROAD 1992, Bina Marga, dan lain-lain. Banyak metode perencanaan yang diadopsi oleh Indonesia, salah satunya adalah metode AASHTO 1993. Pada kenyataan di lapangan, seringkali terjadi kecurangan yang dilakukan oleh kontraktor. Salah satunya adalah menurunkan tebal perkerasan yang sudah direncanakan. Mengingat hal tersebut, maka dalam tugas akhir ini akan dilakukan studi pengaruh pengurangan tebal perkerasan kaku terhadap umur rencana menggunakan metode AASHTO 1993. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Perkerasan Jalan Perkerasan jalan adalah campuran antara agregat dan bahan pengikat yang digunakan untuk melayani beban lalu lintas. Fungsi struktur perkerasan jalan sebagai komponen dari prasarana transportasi pada umumnya antara lain sebagai penerima beban lalu lintas yang dilimpahkan melalui roda kendaraan dan pemberi rasa nyaman dan aman kepada pengguna jalan. Salah satu jenis perkerasan yaitu perkerasan kaku yang dijelaskan sebagai berikut (Sukirman, 2010): Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) Perkerasan kaku atau yang biasa disebut rigid pavement mulai banyak digunakan di berbagai jalan di Indonesia. Perkerasan kaku lebih dipilih karena perawatannya yang lebih mudah dan umur rencana yang relatif lebih lama dibandingkan dengan perkerasan lentur (flexible pavement). Umum Perkerasan kaku (rigid pavement) adalah perkerasan yang menggunakan semen (portland cement) sebagai bahan pengikat. Perkerasan kaku (rigid pavement) cocok digunakan untuk jalan dengan volume lalu lintas tinggi yang didominasi oleh kendaraan berat. Jenis-Jenis Perkerasan Kaku Berdasarkan adanya sambungan dan tulang pelat beton, perkerasan kaku dapat diklasifikasikan menjadi 3 jenis, yaitu perkerasan kaku dengan sambungan tanpa tulangan, perkerasan kaku dengan sambungan tulangan, perkerasan kaku tulangan menerus. Komponen Struktur Tebal Perkerasan Kaku Komponen struktur perkerasan kaku (rigid pavement) yaitu tanah dasar (subgrade), lapis pondasi (subbase), tulangan, sambungan atau joint, bound breaker di atas subbase, alur permukaan atau grooving/brushing. Faktor yang Berpengaruh Terhadap Perencanaan Tebal Perkerasan Dalam perencanaan tebal perkerasan kaku terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi hasil perencanaan, yaitu Beban Lalu Lintas, Beban Lalu Lintas pada Lajur Rencana, dan Faktor Pertumbuhan Lalu Lintas. Daya Dukung Tanah Dasar Berbagai parameter digunakan untuk menentukan mutu daya dukung tanah dasar seperti California Bearing Ratio (CBR), modulus resilient (MR), penetrometer konus dinamis (Dynamic Cone Penetrometer), atau modulus reaksi tanah dasar (k). Pemilihan parameter ditentukan Rekaracana - 2
Studi Pengaruh Pengurangan Tebal Perkerasan Kaku terhadap Umur Rencana Menggunakan AASHTO 1993 oleh kondisi tanah dasar yang direncanakan dan metode perencanaan tebal perkerasan yang akan dipilih. 2.2 Perencanaan Menurut AASHTO 1993 Menurut AASHTO 1993, tebal perkerasan kaku dapat dihitung dengan menggunakan Rumus 1: log 10 (W 18 ) = Z R S 0 + 7,35 log 10 (D + 1) 0,06 + log 10 [ ΔPSI 4,5 1,5 ] 1 + 1,624x107 (D+1) 8,46 +(4,22 0,32P t ) log 10 S c C d (D 0,75 1,132) 215,63 J [D 0,75 [ 18,42 ( E c k )0,25 ] ]... (1) dengan: W 18 = Kumulatif beban gandar standar selama umur perencanaan (ESAL) Z R S 0 D P 0 P t = Standar deviasi normal = Standar error gabungan dari prediksi lalu lintas dan kinerja = Tebal pelat beton (in) = Tingkat pelayanan awal = Tingkat pelayanan akhir S c = Kuat tarik lentur (lbs/in 2 ) C d J = Koefisien drainase = Koefisien penyalur beban Ec = Modulus elastisitas beton (lbs/in 2 ) k = Modulus resilien tanah dasar (lbs/in 3 ) ΔPSI = Selisih indeks permukaan awal dan akhir CBR Tanah Dasar Kekuatan dan keawetan konstruksi jalan sangat bergantung pada sifat dan daya dukung tanah dasar. Korelasi modulus resilien dengan nilai CBR dapat digunakan untuk tanah berbutir halus (Fine Grained Soil) dengan nilai CBR rendaman 10% atau lebih kecil, seperti pada Rumus 2. M R (psi) = 1.500 x CBR... (2) Rekaracana - 3
Pratama, R. Eldian, Prasetyanto, Dwi Untuk tanah dasar tidak berbutir halus (Grained Soil) dengan nilai CBR terendam diatas 10% digunakan Rumus 3. M R (psi) = 3000 x CBR 0,65...(3) Lalu Lintas Rencana (W 18) Untuk mendapatkan lalu lintas pada lajur rencana digunakan Rumus 4. W 18 = LHR x 365 x E x D D x D L x N...(4) dengan: LHR = Lalu lintas harian rata-rata 365 = Jumlah hari dalam satu tahun E D D D L = Angka ekivalen kendaraan = Faktor distribusi arah = Faktor distribusi lajur N = Faktor pertumbuhan lalu lintas Pada umumnya, faktor D D yang digunakan untuk kebanyakan jalan yaitu 0,5 (50%). Variasi nilai D D berkisar antara 0,3 sampai 0,7, sedangkan untuk nilai D L dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Faktor Distribusi Lajur Jumlah Lajur 18-kip ESAL dalam Lajur Per Arah Rencana (%) 1 100 2 80-100 3 60-80 4 50-75 Sumber: AASHTO, 1993 Rekaracana - 4
Studi Pengaruh Pengurangan Tebal Perkerasan Kaku terhadap Umur Rencana Menggunakan AASHTO 1993 3.1 Bagan Alir Penelitian 3. METODE PENELITIAN Metode untuk penelitian ini di perlihatkan pada Gambar 1. Gambar 1. Bagan Alir Penelitian 3.2 Metode Perencanaan Tebal Perkerasan Kaku AASHTO 1993 Tahap perencanaannya diuraikan sebagai berikut: 1. menentukan umur rencana jalan; 2. menentukan nilai indeks permukaan awal (P 0) dan indeks permukaan akhir (P t), sehingga didapat nilai penurunan indeks permukaan jalan ( PSI); 3. menentukan nilai ekivalen jenis kendaraan dengan menggunakan indeks permukaan akhir (P t) dan tebal pelat (D) yang diperoleh dengan melihat tabel nilai ekivalen yang terdapat pada Lampiran; 4. menghitung nilai kumulatif ESAL selama umur pelayanan (W 18); Rekaracana - 5
Pratama, R. Eldian, Prasetyanto, Dwi 5. menentukan nilai modulus resilien (M R) dengan menggunakan Rumus 2 atau Rumus 3; 6. menentukan nilai modulus resilien tanah dasar (k) berdasarkan korelasi nilai M R dan CBR. Nilai (k) dapat diperoleh dengan menggunakan grafik perkiraan modulus reaksi tanah dasar seperti Lampiran; 7. menentukan modulus elastisitas beton (E C); 8. menentukan kuat lentur beton (S c); 9. menentukan nilai reliabilitas (R); 10. menentukan nilai standar deviasi normal (Z R); 11. menentukan deviasi standar (S 0); untuk perkerasan kaku nilai (S 0) yang dipakai berkisar 0,25-0,45; 12. menentukan nilai koefisien drainase berdasarkan kualitas drainase yang direncanakan; 13. menentukan nilai koefisien transfer beban (J) sesuai dengan perencanaan dowel dan bahu jalan; 14. memperkirakan tebal pelat (D) yang digunakan dengan memasukan semua parameter ke dalam Rumus 1. Apabila tebal pelat belum sesuai dengan perkiraan tebal pelat maka ulangi proses trial and error hingga diperoleh tebal yang sesuai; 15. menentukan nilai umur rencana dengan mengurangi tebal perkerasan menggunakan Rumus 4. 4.1 Data Teknis 4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN Dalam tugas akhir ini data lalu lintas dan data lainnya berupa data dummy. Data lalu lintas dapat dilihat pada Tabel 2 Tabel 2 Data Lalu Lintas Harian Rata-rata Jenis Kendaraan Konfigurasi Sumbu Beban Sumbu LHR (Kendaraan/Hari/2 Arah) Mobil Penumpang 1.1 1t + 1t 1640 Bus 1.2 3t + 5t 300 Truk 2 as (L) 1.1 2t + 4t 650 Truk 2 as (H) 1.2 5t + 8t 780 Truk 3 as 1.22 6t + 14t 300 Truk 1.22 + 1.1 6t + 14t + 5t 10 Gandengan + 5t Keterangan: Data lalu lintas merupakan data dummy 1. Pertumbuhan lalu lintas (i) = 5% per tahun 2. Umur rencana (UR) = 30 tahun Rekaracana - 6
Studi Pengaruh Pengurangan Tebal Perkerasan Kaku terhadap Umur Rencana Menggunakan AASHTO 1993 3. CBR Tanah Dasar = 6% 4. Kuat tekan beton karakteristik (fc ) 28 hari = 40 Mpa = 400 kg/cm 2 Direncanakan untuk jalan arteri 2 lajur 2 arah. Diketahui jenis kendaraan dan LHR yang berbeda-beda, dengan asumsi pertumbuhan lalu lintas sebesar 5% per tahun, umur rencana sebesar 30 tahun, CBR tanah dasar sebesar 6%. Data tersebut diolah untuk kemudian dicari total ESAL. 4.2 Perencanaan Tebal Perkerasan Menggunakan AASHTO 1993 Hasil hasil penelitian disajikan dalam bentuk tabel yang tertera pada Tabel 3. Jenis Kendaraan Tabel 3 Perhitungan Data Lalu Lintas Metode AASHTO 1993 LHR E D L D D Umur Rencana Hari ESAL (18-Kip ESAL) Mobil Penumpang 1.640 0,0004 0,9 0,6 66,44 365 8.591 Bus 300 0,090 0,9 0,6 66,44 365 353.574 Truk 2 as (L) 650 0,034 0,9 0,6 66,44 365 289.407 Truk 2 as 780 0,679 0,9 0,6 66,44 365 6.935.545 (H) Truk 3 as 300 1,024 0,9 0,6 66,44 365 4.022.884 Truk 10 1,184 0,9 0,6 66,44 365 155.049 Gandengan Total 11.765.049 Perencanaan Tebal Perkerasan Kaku (D) Dalam hal ini, perencanaan dilakukan dengan menggunakan rumus. Parameter yang digunakan untuk merencanakan tebal pelat beton adalah sebagai berikut: W 18 = 11.765.049 k = 160 pci E c = 4.020.000 psi S c = 45 kg/cm 2 = 640 psi ΔPSI = 2 R = 90% Z R = -1,282 S o = 0,35 J = 2,55 C d = 1 Rekaracana - 7
Pratama, R. Eldian, Prasetyanto, Dwi Perhitungan tebal perkerasan kaku dengan Rumus 1. log 10 11.765.049 =-1,282 0,35 + 7,35 log 10 (10 + 1) 0,06 log 10[ 2 4,5 1,5 ] 1+ 1,624x107 (10+1) 8,46 640 1 (10 0,75 1,132) +(4,22 0,32 2,5) log 10 215,63 2,55 [10 0,75 [ 7,0706 = 7,0723 18,42 ( 4.020.000 160 ) 0,25] ] Dari hasil perhitungan dapat dilihat nilai bagian kiri dan nilai yang ada pada bagian kanan selisihnya tidak jauh berbeda. Hal tersebut menunjukan bahwa nilai asumsi tebal pelat (D) dapat digunakan dalam perencanaan. 4.3 Pengurangan Tebal Perkerasan Kaku Pada perhitungan tebal perkerasan kaku ini, digunakan Rumus 1 dan Rumus 4. Contoh perhitungan penurunan tebal pelat menjadi 9 in 24 cm dari tebal semula yaitu 10 in 25 cm adalah sebagai berikut: log 10 (W 18 ) =-1,282 0,35 + 7,35 log 10 (9 + 1) 0,06 log 10[ 2 4,5 1,5 ] 1+ 1,624x107 (9+1) 8,46 640 1 (9 0,75 1,132) +(4,22 0,32 2,5) log 10 215,63 2,55 [9 0,75 18,42 [ ( 4.020.000 160 log 10 (W 18 ) = 7,905 W 18 = 80.352.612 W 18 = LHR x 365 x E x D D x D L x N 80.352.612 = 3680 x 365 x 3,011 x 0,6 x 0,9 x (1+0,05)n 1 0,05 n = 21,39 tahun ) 0,25] ] Pengurangan tebal pelat dilakukan sebanyak 12 kali dengan pengurangan tebal sebesar 1 cm. Hasil selengkapnya pengurangan tebal pelat dengan skenario pengurangan sebesar 1 cm dapat dilihat pada Tabel 4. Rekaracana - 8
Umur Rencana (Tahun) Studi Pengaruh Pengurangan Tebal Perkerasan Kaku terhadap Umur Rencana Menggunakan AASHTO 1993 Tabel 4 Pengaruh Tebal Pelat Terhadap Umur Rencana Dalam Persen (%) Tebal Pelat (D)(cm) Tebal Pelat (D)(in) Umur Rencana (Tahun) 26 10 30 100 25 10 30 100 24 9 21 70 23 9 21 70 22 9 21 70 21 8 14 46,67 20 8 14 46,67 19 7 8 26,67 18 7 8 26,67 17 7 8 26,67 16 6 5 16,67 15 6 5 16,67 % 35 30 y = 0,7333x 2-5,7561x + 12,679 25 20 15 10 5 0 5 6 7 8 9 10 11 12 Tebal Pelat (in) Gambar 2. Kurva Tebal Pelat Terhadap Umur Rencana 5. PENUTUP Berdasarkan analisis yang telah dilakukan, didapat beberapa kesimpulan, yaitu setelah dilakukan perhitungan tebal pelat dengan mengurangi tebal pelat sebesar 1 cm pengaruhnya tidak terlalu besar. Pada pengurangan tebal pelat dari 26 cm 10 in turun ke 25 cm 10 in, turun sebesar 0%. Pada pengurangan kedua dari 25 cm 10 in ke 24 cm 9 in, mulai turun sebesar 30% menjadi 70%. Setelah tiga kali pengurangan, penurunan persentase baru kembali terlihat pada tebal 21 cm 8 in dengan penurunan sebesar 23,33% menjadi 46,67%. Penurunan persentase terjadi kembali pada penurunan tebal 19 cm 8 in menjadi 26,67% dan dua percobaan terakhir yang mana tebal 16 cm 6 in dan 15 cm 6 in adalah tebal minimum pelat persentasenya turun 10% menjadi 16,67%. Rekaracana - 9
Pratama, R. Eldian, Prasetyanto, Dwi DAFTAR RUJUKAN AASHTO, (1993). Guide For Design Of Pavement Structures 1993. Sukirman, S. (2010). Perencanaan Tebal Struktur Perkerasan Lentur. Nova. Bandung. Rekaracana - 10