ANALISIS PENGARUH SUHU PERKERASAN TERHADAP UMUR PELAYANAN JALAN DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALITIS (STUDI KASUS JALAN TOL SEMARANG)

ANALISIS PENGARUH SUHU PERKERASAN TERHADAP UMUR PELAYANAN JALAN DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALITIS (STUDI KASUS JALAN TOL SEMARANG) Tugas Akhir untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil Diajukan oleh : NOLA RIWIBOWO NIM : D 100 070 005 NIRM : 07 6 106 03010 50005 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2012

LEMBAR PENGESAHAN ANALISIS PENGARUH SUHU PERKERASAN TERHADAP UMUR PELAYANAN JALAN DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALITIS (STUDI KASUS JALAN TOL SEMARANG) Tugas Akhir Diajukan dan dipertahankan pada Ujian Pendadaran Tugas Akhir di hadapan Dewan Penguji, Pada tanggal : 06 Juli 2012 Diajukan oleh : NOLA RIWIBOWO NIM : D 100 070 005 NIRM : 07 6 106 03010 50005 Susunan Dewan Penguji Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. NIK. 682 Ir. H. Sri Widodo, M.T. NIK. 542 Anggota, Ir. Agus Riyanto SR, M.T. NIK. 483 Tugas Akhir ini diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil Surakarta,. Dekan Fakultas Teknik Ketua Program Studi Teknik Sipil Ir. Agus Riyanto SR, M.T. NIK. 483 Ir. H. Suhendro Trinugroho, M.T. NIK. 732 ii

PRAKATA Assalamu alaikum Wr. Wb. Alhamdulillah, segala puji dan syukur penyusun panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan baik. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk menyelesaikan derajat sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam kesempatan ini perkenankanlah penyusun menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah ikut serta membantu penyusun baik secara langsung maupun tidak langsung, secara moril maupun materiil selama penyusun belajar sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini. Untuk selanjutnya penyusun menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya atas pengarahan, bimbingan serta bantuan yang telah diberikan selama penyusun menyelesaikan Tugas Akhir ini kepada : 1). Bapak Ir. Agus Riyanto SR, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta dan Dosen Penguji. 2). Bapak Ir. H. Suhendro Trinugroho, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3). Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT, PhD., selaku Pembimbing Utama. 4). Bapak Ir. H. Sri Widodo, MT,, selaku Pembimbing Pendamping. 5). Ibu Senja Rum Harnaeni, S.T., M.T., selaku Dosen Tamu. 6). Bapak Muh. Ujianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik. 7). Bapak dan Ibu dosen Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. 8). Bapak Charles Lendra beserta seluruh Karyawan dan Staf PT. Jasa Marga (Persero) Tbk Cabang Semarang. 9). Ayah, bunda dan kakakku tercinta yang telah memberikan dorongan dan semangat baik moril maupun materiil. iii

10). Sahabat se-ide dan seperjuanganku, terima kasih atas dukungan, semangat dan bantuannya. 11). Semua warga Teknik Sipil Angkatan 2007, terima kasih atas semua kebaikan dan kejahilan kalian. 12). Semua pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir ini. Penyusun menyadari dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna, untuk itu kritik dan saran yang sifatnya membangun penyusun harapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penyusun dan umumnya bagi pembaca. Amien. Wassalamu alaikum Wr. Wb. Surakarta, Juli 2012 Penyusun iv

PERNYATAAN ORIGINALITAS Yang bertanda tangann di bawah ini, saya : Nama : Nola Riwibowo NIM : D 100 070 005 Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Sipil Jenis : Skripsi Judul : Analisis Pengaruh Suhu Perkerasan Terhadap Umur Pelayanan Jalan Dengan Menggunakan Metode Analitis (Studi Kasus Jalan Tol Semarang) Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi yang saya buat dan serahkan ini, merupakan hasil karya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan ringkasan-ringkasan yang semuanya telah saya jelaskan sumbernya. Apabila dikemudian hari dan atau dapat dibuktikan bahwa skripsi ini hasil jiplakan, maka saya bersedia menerima sanksi apapun dari Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik dan atau gelar dan ijazah yang diberikan Universitas Muhammadiyah Surakarta batal saya terima. Surakarta, Juli 2012 Yang Menyatakan (Nola Riwibowo)

MOTTO Ya Allah, Tunjukilah kami jalan yang lurus, yaitu jalan orang-orang yang telah engkau anugerahkan nikmat kepada mereka, bukan mereka yang dimurkai dan bukan pula jalan mereka yang sesat. ( QS. Al-Fatihah : 6-7 ) Allah adalah pelindung orang-orang yang beriman, Dia mengeluarkan mereka dari kegelapan (kekafiran) kepada cahaya (iman) (QS. Al-Baqarah : 257) Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka bila kamu telah selesai (dari suatu urusan) kerjakan dengan sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya kepada Tuhan-mulah hendaknya kamu berharap. (QS. Al-Insyirah). Kepada Allah-lah kami bertawaqal : Ya Tuhan kami, janganlah Engkau jadikan sasaran fitnah bagi kaum yang zalim. (Q.S. Yunus : 85) Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman dan berilmu sampai beberapa derajat. (Q.S. Al-Mujadilah : 11) Manusia unggul selalu rendah hati saat berbicara, tetapi selalu luar biasa dalam tindakan. (Confucius) Kesuksesan kita diukur oleh seberapa banyak kita membantu orang lain untuk sukses. (Mario Teguh) Alangkah lebih baik jika engkau mampu menjadi penguasa langit karena sesungguhnya di atas langit masih ada langit. (Riwibowo)

PERSEMBAHAN Atas semua yang telah engkau berikan untukku. Kini saatnya kupersembahkan sebuah karya kecil nan sederhana. Diriku sadar, semua ini berkat motivasi dan do amu. Serta ridho dari Allah SWT.karena tanpa ridho-nya, semua akan sia-sia. Teruntuk : Ayah dan Bunda Masih tersimpan di dalam memoriku setiap nasehatmu. Nasehatmu tidak hanya kudengar, tetapi sebagai inspirasi serta motivasi buat ananda. Ayah dan Bunda.setiap petuahmu akan selalu ku ingat seiring detak jantungku. Ayah dan Bunda.atas do amulah ananda dapat menghadapi rintangan ini. Maafkan ananda.ananda hanya bisa mengucapkan terima kasih. Akan ananda ingat slalu.bahwa perjalanan ananda masih panjang. Teruntuk : Kakakku Terimakasih untuk semua do a, dukungan, dan semangat yang engkau berikan padaku. Terimakasih.untuk semua canda tawamu. Terimakasih.engkau selalu menemaniku. Teruntuk : Sahabat-sahabat Terbaikku Inilah karyaku.terimakasih atas motivasi dan do amu. Tak ada yang bisa kuberikan selain ucapan terimakasih. Engkaulah inspirasiku.karna engkaulah aku berpacu. Akan selalu kuingat di dalam memoriku atas hari-hariku bersama kalian. Ya.Allah engkau telah mengabulkan doa ku.hamba memohon semoga karya hamba ini mendapat ridho dari-mu.amien.

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii PRAKATA... iii DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... viii DAFTAR RUMUS... ix DAFTAR NOTASI, ISTILAH DAN SINGKATAN... x DAFTAR LAMPIRAN... xiii ABSTRAKSI... xiv BAB I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Rumusan Masalah... 3 C. Batasan Masalah... 3 D. Tujuan Penelitian... 3 E. Manfaat Penelitian... 4 F. Lokasi Penelitian... 4 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA A. Pengaruh Suhu Terhadap Perkerasan Lentur... 5 B. Umur Pelayanan... 5 C. Metode Analitis... 6 D. Keaslian Tugas Akhir... 10 E. Penelitian Sejenis... 10 F. Persamaan dan Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya... 11 BAB III. LANDASAN TEORI A. Konsep Metode Analitis... 12 B. Beban Gandar Standar... 13 v

C. Temperatur Desain... 14 D. Kekakuan Lapis Pondasi... 15 E. Kekakuan Tanah Dasar (E 3 = S s )... 17 F. Kekakuan Bitumen (S b )... 17 G. Kekakuan Campuran Elastik... 20 H. Prediksi Umur Pelayanan (N)... 21 BAB IV. METODE PENELITIAN A. Pengumpulan Data... 25 B. Pengolahanan Data... 25 C. Tahapan Penelitian... 26 D. Jadwal Penelitian... 28 BAB V. PEMBAHASAN A. Rekapitulasi Data... 29 B. Kekakuan Surface Course, Base Course, Sub Base Course, dan Subgrade... 32 C. Koordinat Pusat Beban Roda dan Posisi Yang Ditinjau... 36 D. Perhitungan Horisontal dan Vertikal Strain... 37 E. Perhitungan Umur Pelayanan (N) Berdasar Kriteria Desain... 38 F. Perhitungan Angka Ekivalen Kendaraan... 40 G. Perhitungan Ekivalen Beban Sumbu Standar Kendaraan... 41 H. Konversi Satuan Umur Pelayanan (N)... 41 I. Analisis Pengaruh Suhu Perkerasan Terhadap Umur Pelayanan Jalan... 44 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan... 49 B. Saran... 49 PENUTUP... DAFTAR PUSTAKA... xv xvi vi

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar I.1 Peta Lokasi Penelitian... 4 Gambar II.1 Dimensi Contact Area pada Ban (Huang,1993)... 7 Gambar II.2 Multilayered Pavement Loading Configuration with Location of Critical Stresses or Strains... 7 Gambar II.3 Fatigue Cracking and Critical Strain... 8 Gambar II.4 Tampilan Worksheet Program BISAR 3.0... 8 Gambar II.5 Bagan Alur Pengerjaan Program BISAR 3.0... 9 Gambar III.1 Konfigurasi Beban As Standar... 14 Gambar III.2 Variasi Koefisien Kekuatan Relatif Lapis Pondasi Bersemen (a 2 )... 15 Gambar III.3 Variasi Koefisien Kekuatan Relatif Lapis Pondasi Bawah Granular (a 3 )... 16 Gambar III.4 Nomogram Modulus Kekakuan Bitumen Van der Poel, (1954)... 19 Gambar IV.1 Bagan Alir Penelitian... 27 Gambar V.1 Susunan Lapis Perkerasan Jalan Tol Semarang Seksi A pada STA. 2+400 s/d 7+508... 29 Gambar V.2 Koordinat Pusat Beban Roda dan Posisi Yang Ditinjau... 36 vii

DAFTAR TABEL Halaman Tabel III.1 Koefisien Distribusi Kendaraan (D D )... 23 Tabel III.2 Faktor Distribusi Lajur (D L )... 24 Tabel IV.1 Jadwal Penelitian... 28 Tabel V.1 Pemeriksaan Temperatur Udara... 30 Tabel V.2 Kecepatan Rata-rata Kendaraan... 30 Tabel V.3 VIM (Voids In Mix) dan V B (Volume of Binder)... 30 Tabel V.4 Nilai P i (Penetrasi) dan SP (Softening Point)... 31 Tabel V.5 Nilai CBR (California Bearing Ratio) Agregat Klas B dan Tanah Dasar... 31 Tabel V.6 LHR (Lalu Lintas Harian Rata-rata) Tahun 2011... 32 Tabel V.7 Perhitungan Kekakuan Surface Course... 33 Tabel V.8 Hasil Perhitungan Horisontal Strain... 37 Tabel V.9 Hasil Perhitungan Vertikal Strain... 38 Tabel V.10 Hasil Perhitungan Umur Pelayanan (N)... 39 Tabel V.11 Hasil Perhitungan Angka Ekivalen Roda Tunggal... 40 Tabel V.12 Hasil Perhitungan Angka Ekivalen Roda Ganda... 40 Tabel V.13 Hasil Perhitungan Angka Ekivalen Kendaraan... 41 Tabel V.14 Hasil Perhitungan Ekivalen Beban Sumbu Standar Kendaraan... 41 Tabel V.15 Hasil Perhitungan Konversi Satuan Umur Pelayanan (N) Untuk Kriteria Retak Lelah (Fatigue Cracking)... 42 Tabel V.16 Hasil Perhitungan Konversi Satuan Umur Pelayanan (N) Untuk Kriteria Deformasi Permanen (Permanent Deformation)... 43 Tabel V.17 Rekapitulasi Sisa Umur Pelayanan... 45 Tabel V.18 Prosentase Kenaikan Temperatur dan Penurunan Umur Pelayanan Untuk Kriteria Retak Lelah (Fatigue Cracking)... 46 Tabel V.19 Prosentase Kenaikan Temperatur dan Penurunan Umur Pelayanan Untuk Kriteria Deformasi Permanen (Permanent Deformation)... 46 Tabel V.20 Variasi Nilai Kekakuan (Stiffness) Lapis Pondasi Atas... 47 viii

DAFTAR RUMUS Halaman Rumus III.1 Temperatur Desain untuk Kriteria Retak Lelah... 14 Rumus III.2 Temperatur Desain untuk Kriteria Deformasi Permanen... 14 Rumus III.3 Kekakuan Lapis Pondasi Bersemen... 16 Rumus III.4 Kekakuan Tanah Dasar dari Nilai CBR... 17 Rumus III.5 Kekakuan Tanah Dasar dari Nilai IP... 17 Rumus III.6 Kekakuan Bitumen... 17 Rumus III.7 Waktu Pembebanan... 17 Rumus III.8 Kemiringan Garis Penetrasi Pada Titik Lembek dan Temperatur 25 º C (Kerentanan/Sensitivitas Suhu)... 18 Rumus III.9 Penetration Index... 18 Rumus III.10 Recovered Penetration Index... 18 Rumus III.11 Recovered Softening Point... 18 Rumus III.12 Kekakuan Campuran Elastik... 20 Rumus III.13 Konstanta Kekakuan Campuran Elastik Berdasarkan Kekakuan Bitumen... 20 Rumus III.14 Konsentrasi Volume Agregat... 20 Rumus III.15 Modifikasi Konsentrasi Volume Agregat... 20 Rumus III.16 Volume Konsentrasi Bitumen... 21 Rumus III.17 Umur Pelayanan pada Kriteria Retak Lelah... 21 Rumus III.18 Umur Pelayanan pada Kriteria Deformasi Permanen untuk Kondisi Kritis... 22 Rumus III.19 Umur Pelayanan pada Kriteria Deformasi Permanen untuk Kondisi Gagal... 22 Rumus III.20 Angka Ekivalen STRT... 23 Rumus III.21 Angka Ekivalen STRG... 23 Rumus III.22 Angka Ekivalen SDRG... 23 Rumus III.23 Angka Ekivalen STrRG... 23 Rumus III.24 Jumlah Beban Gandar Tunggal Standar Kumulatif... 24 ix

DAFTAR NOTASI, ISTILAH DAN SINGKATAN AASHO : American Association Of State Highway Official. AASHTO : American Association Of State Highway and Transportation Official. ASTM : American Society for Testing and Material. Beban standar : Beban sumbu tunggal beroda ganda seberat 18.000 lbs (8,16 ton). BISAR : Bitumen Stress Analysis in Roads. CBR : California Bearing Ratio, adalah perbandingan antara beban yang dibutuhkan untuk penetrasi tanah sebesar 0,1 atau 0,2 dengan beban yang dibutuhkan pada batu pecah standar pada penetrasi 0,1 atau 0,2 (%). CTB : Concrete Treated Base, agregat yang distabilisasi dengan semen untuk lapis pondasi atas (base course). C v : Konsentrasi volume agregat (%). C' v : Modifikasi konsentrasi volume agregat (%). D D D L ESAL : Faktor distribusi arah. : Faktor distribusi lajur. : Equivalent Standard Axles Loads/Angka ekivalen beban sumbu untuk jenis kendaraan adalah angka yang menyatakan perbandingan tingkat kerusakan yang ditimbulkan oleh suatu lintasan beban sumbu kendaraan terhadap tingkat kerusakan yang ditimbulkan oleh satu lintasan beban standar sumbu tunggal seberat 18.000 lbs (8,16 ton). ε z ε t f r : Subgrade vertical strain (µstrain). : Asphalt mix horizontal tensile strain (µstrain). : Rut factor, adalah konstanta yang digunakan untuk menghitung besarnya nilai umur rencana pada kondisi deformasi. Besarnya nilai Rut factor adalah 1,00 untuk hot rolled asphalt, 1,56 x

untuk dense bitumen macadam, 1,37 untuk modified rolled asphalt, dan 1,52 untuk modified dense bitumen macadam. g : Tingkat pertumbuhan/perkembangan lalu lintas (% pertahun). h : Ketebalan lapisan beraspal (mm). k : Konstanta retak lelah (fatigue cracking), k = 46,82 untuk kondisi kritis dan k = 46,06 untuk kondisi kegagalan. LHR : Lalu Lintas Harian Rata-rata/Jumlah rata-rata lalu lintas kendaraan bermotor beroda 4 atau lebih yang dicatat selama 24 jam sehari untuk kedua jurusan. msa : Millions of standard axles/jumlah gandar standar dalam juta lintasan. N : jumlah kumulatif beban sumbu standar selama umur pelayanan (millions of standard axles). Pt T-01-2002-B : Pedoman perencanaan tebal perkerasan lentur. Pd T-05-2005-B : Perencanaan tebal lapis tambah perkerasan lentur dengan metode lendutan. IP : Index Plastisitas (%). PI : Penetration Index (0,1 mm). P i : Nilai penetrasi aspal awal. PI r : Recovered penetration index (0,1 mm). sa : Standard axles. S b SDRG S g S me SNI SP i SP r STRG STrRG : Kekakuan bitumen (MPa). : Sumbu Dual Roda Ganda. : Kekakuan lapis granular (MPa). : Kekakuan campuran elastik (MPa). : Standar Nasional Indonesia. : Initial Softening Point ( C). : Recovered Softening Point ( C). : Sumbu Tunggal Roda Ganda. : Sumbu Triple Roda Ganda. STRT : Sumbu Tunggal Roda Tunggal. xi

S s T TAI : Kekakuan tanah dasar (MPa). : Suhu rata-rata tahunan ( C). : The Asphalt Institute. t :Waktu pembebanan lalu lintas yang bekerja pada lapis perkerasan jalan (detik). V : Kecepatan kendaraan (km/jam). V A : Volume of Aggregate/volume agregat (%). V B : Volume of Binder/volume aspal (%). VIM : Voids In Mix/rongga udara dalam campuran (%). n : Umur pelayanan jalan dalam tahun. Ŵ 18 W 18 W t : Beban gandar standar kumulatif untuk dua arah. : Beban gandar standar kumulatif pada lajur rencana selama satu tahun. : Jumlah beban gandar tunggal standar kumulatif pada lajur rencana selama umur pelayanan. xii

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran V.1 Data Struktur Konstruksi Perkerasan Jalan... L-1 Lampiran V.2 Nilai Penetrasi dan Titik Lembek... L-19 Lampiran V.3 Kecepatan Rata-rata Kendaraan... L-45 Lampiran V.4 LHR (Lalu Lintas Harian Rata-rata) Tahun 2011... L-46 Lampiran V.5 Block Report BISAR 3.0... L-50 Lampiran V.6 Data Pendukung Analisis... L-60 Lampiran VI.1 Surat Kelengkapan Tugas Akhir... L-68 Lampiran VI.2 Lembar Konsultasi... L-71 xiii

ANALISIS PENGARUH SUHU PERKERASAN TERHADAP UMUR PELAYANAN JALAN DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALITIS (STUDI KASUS JALAN TOL SEMARANG) ABSTRAKSI Faktor suhu perkerasan berperan penting dalam menentukan jenis aspal yang akan digunakan. Material aspal yang bersifat visco-elastic menjadikan karakteristik lapisan beraspal sangat sensitif terhadap perubahan suhu. Oleh karena itu, dalam penelitian ini akan dibahas mengenai pengaruh suhu perkerasan dengan variasi suhu udara sebesar 24 º C, 25 º C, 27 º C, 29 º C, dan 30 º C terhadap umur pelayanan jalan. Perhitungan umur pelayanan Jalan Tol Semarang seksi A pada penelitian ini menggunakan data sekunder seperti data lalu lintas harian rata-rata, kecepatan rata-rata kendaraan, susunan lapis perkerasan dan karakteristik perkerasan jalan yang diperoleh dari PT. Jasa Marga (Persero) Tbk Cabang Semarang. Data-data tersebut kemudian diolah menggunakan Nottingham Design Method menjadi data masukan program BISAR 3.0 (Bitumen Stress Analysis in Roads). Program BISAR 3.0 (Bitumen Stress Analysis in Roads) merupakan alat bantu untuk menghitung nilai strain yang terjadi pada lapis perkerasan jalan. Selanjutnya, nilai strain hasil analisis program BISAR ( Bitumen Stress Analysis in Roads) yang berupa asphalt mix horizontal tensile strain (ε t ) dan subgrade vertical strain (ε z ) digunakan untuk menghitung besarnya umur pelayanan jalan. Sehingga pengaruh suhu perkerasan terhadap umur pelayanan jalan dapat diketahui. Berdasarkan analisis pengaruh suhu perkerasan terhadap umur pelayanan jalan diperoleh kesimpulan bahwa dengan variasi rata-rata kenaikan temperatur udara sebesar 5,8% terhadap temperatur udara awal diperoleh prosentase rata-rata penurunan umur pelayanan pada kriteria kerusakan retak lelah (fatigue cracking) terhadap umur pelayanan awal untuk kondisi kritis sebesar 0,7% dan kondisi gagal sebesar 0,6%. Sedangkan pada kriteria kerusakan deformasi permanen (permanent deformation) diperoleh prosentase rata-rata penurunan umur pelayanan terhadap umur pelayanan awal untuk kondisi kritis sebesar 1,5% dan kondisi gagal sebesar 1,0%. Kata-kata kunci : metode analitis, suhu perkerasan, umur pelayanan jalan. xiv