BAB I PENDAHULUAN I.1. LATAR BELAKANG Transportasi merupakan suatu proses memindahkan suatu benda dari suatu tempat (titik asal) ke tempat lainnya (tujuan), baik benda hidup maupun benda mati dengan jarak tertentu. Proses pemindahan benda ini membutuhkan suatu prasarana sebagai alat angkut dalam kegiatan transportasi ini. Selain itu, agar terlaksananya proses transportasi ini, jalan raya sebagai area perlintasan kegiatan ini turut serta mempengaruhi kelancaran kegiatan ini. Karena jalan yang baik akan memberikan dampak yang baik dalam proses transportasi, sebaliknya jalan yang buruk akan memberikan dampak yang buruk pula. Jalan yang baik memberikan manfaat seperti ; efektifitas pemakaian waktu, biaya, dan kenyamanan dalam melakukan proses transportasi. Hal ini dapat tercapai apabila jalan raya tersebut memiliki lapisan permukaan yang rata, konstruksi yang kuat, dan memiliki masa layan jalan (umur jalan) yang relatif lama agar biaya yang digunakan dalam pemeliharaan jalan relatif sedikit. Namun, karena intesitas kegiatan tranportasi yang tinggi, kondisi jalan raya ini tidak selalu dalam keadaan baik. Karena penggunaan jalan yang terus menerus dengan beban kendaraan yang tinggi dan volume lalu lintas yang terus meningkat mengakibatkan kondisi permukaan jalan raya mengalami perubahan bentuk atau dalam kata lain tidak rata seperti awal pembuatan jalan raya tersebut. Oleh karena itu, diperlukan perencanaan perkerasan jalan raya yang baik agar memenuhi aspek kapasitas dan daya dukung jalan yang baik. Pada umumnya, dikenal dua jenis perkerasan jalan raya yang sering digunakan yaitu perkerasan lentur (flexible pavement) dan perkerasan kaku (rigid 1
pavement). Seiring berkembangnya zaman, sekarang dikenal pula jenis perkerasan baru, yaitu perkerasan komposit (composite pavement) yaitu merupakan hasil kombinasi dari kedua jenis perkerasan di atas. Ketiga jenis perkerasan tersebut, masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan dalam konstruksi jalan raya. Pada perkerasan lentur, dikenal dua metode dalam perencanaan perkerasan tersebut yaitu Metode Empiris dan Metode Mekanistik. Metode Empiris merupakan metode perencanaan perekerasan jalan yang didasari pada keadaan nyata dimana perkerasan jalan itu dilakukan. Metode ini ditampilkan dengan persamaan, tabel, dan gambar dalam menilai performa suatu perkerasan jalan raya. Sedangkan Metode Mekanistik adalah metode perkerasan jalan yang mengasumsikan perkerasan menjadi suatu struktur multi-layer (elastic) structure untuk perkerasan lentur dan suatu struktur beam on elastic foundation untuk perkerasan kaku. Dalam hal ini, beban kendaraan yang melintas di atas perkerasan jalan raya dianggap beban statis merata, maka akan timbul tegangan (stress), regangan (strain), dan lendutan (deflection) pada struktur tersebut. Untuk mempermudah dalam mengetahui gaya-gaya tersebut diatas, maka dipakai alat bantu berupa program komputer KENPAVE. KENPAVE merupakan program komputer yang dikembangkan oleh Dr. Yang H. Huang P.E, Professor Emeritus of Civil Engineering University of Kentucky (Huang, 2004). Dalam penelitian ini akan dibahas bagaimana cara memprediksi alur (rutting) yang terjadi pada suatu perkerasan dengan bantuan program KENPAVE. Selain itu, penelitian ini merupakan faktorial studi dimana akan ada parameter-parameter yang mempengaruhi design dari perkerasan lentur tersebut. 2
I.2. PERUMUSAN MASALAH Dalam penelitian ini akan dilakukan perencanaan perkerasan lentur jalan raya dengan mengunakan metode Bina Marga Nomor 02/M/BM/2013. Pada metode Bina Marga akan dilakukan perhitungan dengan variasi beban lalu lintas dan variasi nilai CBR tanah dasar Selanjutnya akan dievaluasi dengan program KENPAVE (KENLAYER). Kemudian dengan menggunakan metode mekanistik-empirik hasil evaluasi dari KENPAVE akan diolah untuk mendapatkan kedalaman alur (rutting) yang ditampilkan dalam bentuk grafik. I.3. BATASAN MASALAH 1. Metode yang digunakan dalam perencanaan perkerasan lentur jalan raya ini adalah metode Bina Marga Nomor 02/M/BM/2013. 2. Menggunakan metode Mekanistik Multilayer Sistem dengan menggunakan program KENPAVE (KENLAYER) dalam proses evaluasi perkerasan untuk mendapatkan tegangan dan regangan. 3. Metode Mekanistik-Empirik digunakan dalam pengolahan data nilai tegangan dan regangan untuk mendapatkan nilai kedalaman alur. 4. Parameter yang digunakan pada perencanaan perkerasan dengan metode Bina Marga No.02/M/BM/2013 adalah nilai CBR tanah dasar dan nilai beban lalu lintas (ESAL). Parameter lain yang diperlukan akan ditambahkan dan diasumsikan dengan kondisi perencanaan tersebut. 5. Variasi beban kendaraan (ESAL) : 2.000.000 ESAL, 20.000.000 ESAL, dan 200.000.000 ESAL. Untuk variasi CBR : 2%, 4%, 6%, 8%, dan 10%. 3
7. Struktur perkerasan lentur direncanakan dengan tipe perkerasan empat lapis dengan dua variasi lapis pondasi. Tipe A dengan lapis pondasi atas dan bawah adalah CTB (Cement Treatment Base) dan CTSB (Cement Treatment Sub Base). Tipe B dengan lapis pondasi atas dan bawah adalah CTB dan Granular Kelas B. I.4. TUJUAN 1. Merencanakan tebal perkerasan lentur metode Bina Marga No.02/M/BM/2013 dengan variasi material pengisi Base dan Sub Base. 2. Merencanakan variasi CBR dan beban lalu lintas dengan menggunakan metode Bina Marga No.02/M/BM/2013. 3. Mengevaluasi perencanaan perkerasan lentur yang dihasilkan dari metode Bina Marga No.02/M/BM/2013 dengan menggunakan program KENPAVE (KENLAYER). I.5. MANFAAT 1. Hasil dari penelitian ini dapat digunakan sebagai pengetahuan tentang kerusakan pada perkerasan lentur berupa alur (rutting). 2. Dapat diketahui variasi alur (rutting) yang terjadi pada masing-masing perkerasan dengan variasi CBR dan beban kendaraan. 3. Penelitian ini dapat dijadikan refrensi dalam suatu perencanaan struktur perkerasan lentur. 4
I.6. METODOLOGI PENELITIAN Metodologi yang dipakai pada penelitian ini berisi kajian mengenai metode perencanaan struktur perkerasan lentur dengan menggunakan metode Bina Marga No.02/M/BM/2013 dan program KENPAVE (KENLAYER). Secara rinci, metodologi analisis yang akan dipakai pada penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Melakukan studi pustaka yang berhubungan dengan perencanaan struktur perkerasan, metode perencanaan, dan kerusakan alur (rutting) pada perkerasan lentur. b. Metode perencanaan perkerasasan jalan raya (perkerasan lentur) dengan menggunakan metode Bina Marga No.02/M/BM/2013. c. Merencanakan tebal perkerasan lentur metode Bina Marga dengan dua tipe perkerasan. Tipe A dengan lapis pondasi atas dan bawah adalah CTB (Cement Treatment Base) dan CTSB (Cement Treatment Sub Base). Tipe B dengan lapis pondasi atas dan bawah adalah CTB dan Granular Kelas B. d. Menentukan variasi nilai beban kendaraan (ESAL) dan CBR untuk perencanaan tebal perkerasan dengan metode Bina Marga. e. Mengevaluasi perkerasan yang dihasilkan secara manual dengan metode Bina Marga menggunakan program KENPAVE (KENLAYER). f. Analisa repitisi beban yang dihasilkan program KENPAVE dengan repetisi beban rencana. g. Pengolahan data tegangan dan regangan dari program KENPAVE dengan metode Mekanistik-Empirik untuk mengetahui kedalaman alur. 5
h. Pengambilan kesimpulan berupa alur (rutting) yang terjadi pada perencanaan perkerasan lentur. (berupa grafik hubungan antara variasi nilai ESAL dan CBR pada 2 tipe perkerasan yang direncanakan) i. Pengambilan saran dari hasil penelitian. I.7. LITERATURE REVIEW 1. Arshad, Ahmad Kamil. 2007. Flexible Pavement Design : Transitioning From Empirical to Mechanistic-Based Design Methods. JURUTERA Menjelaskan tentang perubahan dari metode empiris ke metode mekanisktik berdasarkan metode desain perkerasan lentur. Pada metode empiris tercantum metode AASHTO 1986/1993 dimana panduan AASHTO berdasarkan AASHO Road Test tahun 1950an. Untuk metode mekanistik sendiri membahas lapisan perkerasan yang dimodelkan dalam multilayer elastic system, yang di dalamnya membahas tentang fatigue dan rutting. 2. Behiry, Ahmed Ebrahim Abu El-Matty. 2012. Fatigue And Rutting Lives In Flexible Pavement. Ains Shams Engineering Journal. Vol. 3. 367-374 Menjelaskan tentang fatigue dan rutting pada perkerasan lentur. Penelitian ini menggunakan program BISAR dan penelitian mengenai perkerasan lentur disesuaikan dengan kondisi di Mesir. Seperti penelitian yang lain, dalam penelitian ini meninjau horizontal tensile strain (ɛ t ) dan vertical compressive strain (ɛ v ). Dalam penelitian ini mencantumkan persamaan fatigue model dan rutting model. Untuk rutting model sebagai berikut : (1.1) 6
Tabel 1.1 Koefsien model rutting No Organization F3 F4 1 Asphalt Institute 1.365E-09 4.477 2 Shell Research 6.15E-07 4 3 US Army Corps of Engineers 1.81E-15 6.527 4 Belgian Road Research Center 3.05E-09 4.35 5 Transport and Road Research Laboratory 1.31E-06 3.75 Hasil yang didapatkan dalam penelitian ini adalah grafik hubungan antara Beban dan Tensile Strain/Compressive Strain dengan variasi nilai modulus elastisitas. Juga grafik hubungan perbedaan ketebalan base dengan beban. 3. Bhattacharya, KumKum and Sagar Deshmukh. 2014. Study On Rutting And Surface Behaviour Of Urban Flexible Pavement. International Journal of Research in Engineering and Technology. Vol. 03. Issue 04 Menjelaskan mengenai studi kasus yang dilakukan di 2 tempat tinjauan ; yaitu Pos pertama dari Bhavsar Hostel ke Shastrinagar, Pos kedua dari Jaymangal ke Memnagar, Gujarat. Studi ini meninjau kerusakan rutting daerah tersebut yang terjadi karena jalur BRT. Proses penelitian ini dimulai dengan pengukuran kedalamaan rutting di tempat tersebut, setelah itu data yang diperoleh dianalisis kerusakan yang terjadi. Solusi yang diberikan adalah memberikan beberapa alternatif pemakaian material untuk perkerasan lentur seperti ; Stone Matrix Asphalt (SMA), Flexible Pavement with Mastic Asphalt, Flesible Pavement reinforced with Glass Fibre Grid, Paver Block, dan Rigid Pavement (PQC). 7
4. Ekwulo, Emmanuel O. and Dennins B. Eme. 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 Menjelaskan mengenai analisis regangan fatigue dan rutting yang terjadi pada perkerasan lentur dengan menggunakan metode CBR. Di dalam penelitian ini membahas sistem lapisan elastis dimana dibahas juga dalam buku Yoder and Witczak 1975 dalam bab multilayered pavement system. Tegangan dan regangan yang di bahas terjadi di interface (lapisan antara lapisan aspal dengan lapisan pondasi, dan antara lapisan pondasi dengan tanah dasar). Jadi tegangan dan yang dianalisis adalah horizontal stress dan vertical stress pada interface. Hubungan antara kegagalan rutting dan compressive strain di atas tanah dasar di sajikan dengan persamaan repetisi beban oleh Asphalt Institute (1982) : (1.2) Dimana : N r = Number of load applications to failure (rutting failure) ɛ c =Vertical compressive strain at the bottom of asphalt bound layer Dalam jurnal ini diberikan juga persamaan menghitung factor kerusakan yang berguna untuk mengetahui perkerasan tersebut masih layak atau sudah tidak (fail) ;. (1.3) 8
Dimana : = Damage factor = Actual number of load repetitions = Number of load repetitons to failure 5. El-Badawy, Sherif M and Mostafa A. Kamel. Assessment and Improvement of the Accuracy of the Odemark Transformation Method. IJAEST (International Journal of Advanced Engineering Sciences and Technologies). Vol No.5, Issue No.2, 105-110 Menjelaskan tentang salah satu metode mekanistik yaitu metode Odemark. Dalam penelitian ini dijelaskan bahwa Odemark menganggap lapisan perkerasan dapat di tranformasikan ke dalam satu lapisan perkerasan dengan ketentuan tinggi/tebal perkerasan tersebut di ubah menjadi h efektif (h e ) (1.4) H 1 E 1 u 1 H e E 2 u H 2 E 2 u 2 E 2 u 2 Dalam penelitian ini dibahas juga mengenai nilai factor koreksi f untuk lapis banyak. Hasil dari penelitian ini disajikan dengan grafik hubungan antara Kedalaman titik tinjauan (Z) dengan factor koreksi F dengan perbandingan modulus elastisitas E1 dan E2 yang berbeda-beda. 6. Fadhlan, Khairi dan Zulkarnain A. Muis. Evaluasi Perencanaan Tebal Perkerasan Lentur Metode Bina Marga Pt T-01-2002-B Dengan Menggunakan Program KENPAVE. Depository Universitas Sumatera Utara 9
Menjelaskan tentang perencanaan perkerasan lentur jalan raya yang dirancang menggunakan Bina Marga Pt T-01-2002-B yang kemudian di evaluasi dengan program kenpave. Dalam penelitian ini menggunakan datadata asumsi dengan parameter pembandingnya adalah variasi nilai CBR dan ESAL. Variasi nilai CBR dan ESAL ini mengakibatkan variasi tebal perkerasan dimana ada dua tipe perkerasan yaitu struktur 4 lapis dan 2 lapis, masing-masing terdiri dari 15 perencanaan tebal perkerasan. Masing-masing perkerasan tersebut kemudian dievaluasi dengan program kenpave untuk mendapatkan nilai tegangan dan regangannya. Nilai tegangan dan regangan yang didapt digunakan dalam menganalisa repetisi beban rencana Nf dan Nd. Hasil penelitian ditampilkan dengan grafik hubungan antara CBR/ESAL dengan repetisi beban. 7. Loay Akram Al-Kahateb et al. Rutting Prediction of Flexible Pavements Using Finite Element Modeling. Jordan Journal of Civil Engineering. Vol.5 No.2. 2011 Menjelaskan deformasi permanen yang dapat terjadi pada perkerasan lentur yang dapat di buat dengan persamaan :. (1.5) Dimana : RD = pavement permanent deformation n = number of the layer = total plastic strain in the layer i = thickness of layer I 10
8. Simanjuntak, Irvan dan Zulkarnain A. Muis. Evaluasi Tebal Lapis Perkerasan Lentur Manual Desain Perkerasan Jalan No.22.2/KPTS/Db/2012 Dengan Menggunakan Program KENPAVE. Depository Universitas Sumatera Utara Menjelaskan tentang penelitian perencanaan perkerasan jalan lentur dengan manual desain perkerasan jalan No.22.2/KPTS/Db/2012 yang kemudian dievaluasi dengan program kenpave. Penggunaan program kenpave dalam penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan nilai tegangan dan regangan yang dihasilkan oleh perkerasan yang di rancang dalam penelitian tersebut. Hasil regangan yang di dapat kemudian di analisis kembali untuk mendapatkan nilai repetisi beban Nf dan Nd. Hasil penelitian ditunjukkan dengan grafik hubungan CBR yang bervariasi dengan Repetisi beban dengan nilai beban lalu lintas (ESAL) yang bervariasi. 9. Suaryana, Nyoman, dkk. 2013. Pengembangan Model Keruntuhan Lapis Beraspal. Jurnal Jalan-Jembatan. Vol. 30 No. 1. Hlm. 46-53 Menjelaskan mengenai perkerasan lapis beraspal (perkerasan lentur) yang di modelkan dengan sistem model keruntuhan. Model keruntuhan tersebut merupakan analisis kegagalan fatigue menggunakakan metode mekanistik. Dalam penelitian ini menggunakan 4 kategori pendekatan yaitu ; metode perencanaan berdasarkan pengalaman, perencanaan pengujian sederhana, berdasarkan evaluasi statistik kinerja perkerasan, dan analisis struktural sistem lapisan perkerasan. Dala penelitian ini salah satu model perencanaan tebal perkerasan yang menggunakan metode analisis struktural sistem lapis 11
perkerasan yang digunakan adalah Austroad 2010. Kerusakan yang diteliti adalah kelelahan (fatigue) dengan menggunakan konstanta yang dikembangkan oleh Shell (1978). I.8. SISTEMATIKA PENULISAN Untuk memperjelas tahapan penulisan tugas akhir ini, dikelompokkan ke dalam 5 (lima) bab dengan sistematika pembahasan sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini diuraikan tahapan awal dalam pengerjaan tugas akhir, yang meliputi tinjauan latar belakang, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan, manfaat, metodologi penelitian, dan sistematika penelitian. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini akan berisi uraian tentang teori perencanaan perkerasan jalan raya. Studi umum yang berhubungan dengan perkerasan lentur, metodemetode dalam perencanaan perkerasan lentur, teori multi-layer system, permodelan lapisan perkerasan, Bina Marga 2013, dan analisa kerusakan perkerasan, yang akan dikhususkan kepada kerusakan berupa alur (rutting). BAB III METODE PENELITIAN Meupakan bab yang berisi langkah-langkah dalam pengerjaan penelitian ini, dimulai dari perhitungan desain tebal perkerasan dengan datadata asumsi, mengetahui nilai regangan pada masing-masing desain, sampai pencarian nilai rutting pada desain tersebut. 12
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi tentang hasil dari perencanaan perkerasan lentur dengan metode Bina Marga dan evaluasi perkerasan dengan program KENPAVE (KENLAYER). Dalam bab ini juga ditampilkan grafik-grafik hubungan variasi nilai ESAL dengan CBR yang menunjukkan alur (rutting) pada 2 tipe perkerasan yang telah direncakan. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari bab sebelumnya dan saran mengenai hasil dari penelitian ini yang dapat dijadikan masukan. 13