Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang Permasalahan Daya lekat (bonding) yang lemah antar lapis perkerasan beraspal adalah salah satu penyebab dari berbagai kerusakan perkerasan jalan. Pengelupasan perkerasan jalan yang seringkali terjadi pada titik percepatan lalu lintas, pengereman kendaraan, kendaraan berbelok adalah masalah yang banyak terjadi terkait lemahnya daya lekat (bonding) antar lapisan beraspal. Banyak peneliti mempercayai bahwa jenis kerusakan ini terjadi karena tingginya tegangan horizontal dan kurangnya adhesi dan bonding pada interface antar lapisan beraspal (Hachiya dan Sato, 1998). Penelitian yang ekstensif telah dilakukan dilapangan terhadap kinerja material perkerasan. Sebaliknya sedikit sekali penelitian terhadap besaran daya lekat (adhesion properties) antar lapis perkerasan beraspal serta pengaruh daya lekatnya (bonding) terhadap umur perkerasan (Kruntcheva et al., 2005). Saat ini, sebagian besar desain perkerasan lentur jalan raya mengasumsikan bahwa daya lekat yang sangat kuat (full bond) terjadi antar lapis perkerasan. Pada kondisi yang sebenarnya, kondisi daya lekat ini tidak diketahui dan berada pada rentang mulai daya lekat yang sangat kuat (full adhesion) sampai dengan tidak adanya daya lekat sama sekali (zero adhesion), tergantung pada material properties dan kualitas konstruksinya. Guna mendukung pernyataan ini, Brown dan Brunton (1984) menyimpulkan bahwa perlu banyak penelitian untuk masalah bonding (interface bond) antar lapis perkerasan. Penelitian yang sudah dilakukan mengenai masalah kondisi bonding antar lapis perkerasan bervariasi mulai dari studi teoritis, studi laboratorium sampai dengan studi lapangan. Penelitian yang sudah dilakukan saat ini, pada dasarnya besaran dan parameter kondisi bonding ini dinyatakan dengan Bond Stiffness (Hakim, 2002) dan Bond Strength (West et al., 2005). Studi teoritis dan studi lapangan mengenai Bond 1
Stiffness telah dilakukan oleh para peneliti sebelumnya, misalnya penelitian teoritis dan lapangan mengenai Bond Stiffness serta parameter ini dilibatkan dalam proses backcalculation (Hakim, 2002); studi teoritis shear reaction modulus yang bervariasi antara 100 dan 10.000 MPa/m menggunakan BISAR (Uzan et al., 1978), dan studi teoritis tentang pengaruh kondisi bonding yang dinyatakan dengan Bond Stiffness terhadap umur perkerasan menggunakan BISAR dan ANSYS (Kruntcheva et al., 2005). Studi laboratorium mengenai bond strength juga telah banyak dilakukan oleh para peneliti sebelumnya. Alat pengujian yang digunakan bervariasi mulai dari pembuatan alat baru sampai dengan modifikasi dari alat yang sudah ada. Untuk pembuatan alat baru dapat berupa wedge splitting test (Tschegg et al., 1995), shear test apparatus (Hachiya dan Sato, 1998), bond stength device (West et al, 2005). Sedangkan yang melakukan modifikasi terhadap alat yang sudah ada dapat berupa modifikasi Marshall test (Afrilianto et al., 2000), modifikasi Direct Shear Test (Soendiarto, 2004). Masing-masing alat tersebut mempunyai kekurangan dan kelebihannya. Dari hal tersebut, studi mengenai Bond Stiffness dan Bond Strength di laboratorium belum banyak dilakukan oleh para peneliti sebelumnya. Faktor keterbatasan alat serta titik berat penelitian mungkin menjadi salah satu penyebabnya. Oleh karena itu dalam penelitian ini alat yang dapat mengukur Bond Stiffness dan Bond Strength akan dikembangkan lebih jauh. Selain itu studi teoritis mengenai Bond Stiffness yang menggunakan program analisis struktur yang biasa digunakan, yaitu SAP2000 juga akan dikembangkan. Eksperimen di laboratorium ini akan menggunakan alat yang merupakan modifikasi lanjutan dari Direct Shear Test. I.2 Pernyataan Masalah Dari latar belakang yang sudah diuraikan sebelumnya dapat dinyatakan permasalahan sebagai berikut : 2
a. Bagaimana analisis dan evaluasi kondisi bonding pada interface antar lapis perkerasan beraspal yang dinyatakan dengan Bond Strength dan Bond Stiffness yang dilakukan dengan eksperimen di laboratorium. b. Bagaimana alat Direct Shear Test dapat dimodifikasi lebih lanjut agar dapat mengukur Bond Stiffness dan Bond Strength di laboratorium. I.3 Ruang Lingkup Penelitian Kegiatan-kegiatan yang akan dilakukan dalam penelitian ini dibatasi pada halhal sebagai berikut : a. Perkerasan yang ditinjau adalah jenis perkerasan lentur dengan multilayer bituminuous material pada lapis permukaannya. b. Struktur perkerasan lentur diasumsikan bersifat isotropik, elastik dan homogen. c. Interface yang ditinjau adalah pada lokasi antar lapisan beraspal, yaitu antar lapis wearing course dan binder course. Investigasi kondisi daya lekat dilakukan sampai interface mencapai keruntuhan. d. Pendekatan teoritis difokuskan pada pengembangan analisis struktur perkerasan lentur yang melibatkan faktor interface dengan menggunakan program SAP2000 yang berbasiskan metode elemen hingga. Dasar teori yang digunakan adalah teori elastik linier dan isotropik. e. Jenis campuran beraspal yang digunakan adalah jenis beton aspal (asphaltic concrete-ac) tipe AC-WC dan AC-BC sesuai spesifikasi baru Bina Marga serta material tackcoat yang digunakan adalah jenis CSS-1 untuk aspal emulsi dan MC-800 untuk aspal cutback. f. Pengujian di laboratorium melibatkan pengujian aspal, agregat dan campuran dengan metoda Marshall, pengujian Direct Shear dan pengujian UMATTA. 3
I.4 Tujuan Penelitian a. Melakukan analisis simulasi terhadap kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal memakai program SAP2000. b. Mengembangkan alat Direct Shear Test untuk mengukur Bond Stiffness dan Bond Strength antar lapis perkerasan beraspal c. Menentukan nilai Bond Stiffness dan Bond Strength pada rentang kondisi bonding dengan percobaan di laboratorium menggunakan alat Direct Shear Test. d. Melakukan identifikasi faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal dengan Percobaan Direct Shear. e. Mengembangkan model makroskopis parameter kondisi bonding hasil percobaan Direct Shear Test dengan mengevaluasi perilaku kurva Shear Stress dan.displacement yang dihasilkan dari percobaan ini. I.5 Metodologi Penelitian Pada dasarnya metodologi penelitian ini melibatkan empat bagian besar : a. Studi Literatur, yaitu melakukan pendalaman konseptual terhadap topik yang akan dibahas dengan melakukan evaluasi terhadap penelitian yang telah dilakukan para peneliti sebelumnya. b. Studi teoritis, yaitu melakukan pembahasan berdasarkan kajian-kajian teoritis yang dikembangkan dengan menggunakan metoda elemen hingga. c. Studi Laboratorium, yaitu melakukan serangkaian percobaan di laboratorium yang melibatkan material penyusun lapis perkerasan (aspal dan agregat) serta sampel yang dibuat dilaboratorium yang meliputi pengujian material-material penyusun, pengujian Marshall, Direct Shear Test dan UMATTA. d. Studi lapangan, yaitu melakukan pengambilan lapis perkerasan eksisting dengan metoda coring silinder maupun blok untuk selanjutnya dibuat sampel yang akan diuji dengan percobaan Direct Shear di laboratorium. 4
Bagan alir penelitian yang menunjukkan metodologi penelitian tersebut terlihat pada Gambar I.1 dan Gambar I.2. I.6 Sistematika Disertasi Setelah bagian Pendahuluan pada Bab I menguraikan mengenai latar belakang permasalahan, pernyataan masalah, ruang lingkup penelitian, tujuan penelitian dan metodologi penelitian, berikutnya uraian dalam disertasi ini pada dasarnya dapat dibagi menjadi empat bagian utama, yaitu : a. Bagian Pertama disebut analisis konseptual, menguraikan tentang review dari literatur yang terkait dengan pentingnya melibatkan faktor bonding pada analisis perkerasan jalan dan pengaruhnya terhadap kinerja perkerasan, pengujian laboratorium kondisi bonding serta pendekatan elemen hingga pada struktur perkerasan lentur. Bagian ini diuraikan pada Bab II. b. Bagian Kedua disebut analisis teoritis, menguraikan tentang bagaimana kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal dapat dianalisis secara teoritis. Pendekatan elemen hingga digunakan dalam analisisnya dengan bantuan program SAP2000 dan software user interface M-ESH Generation dikembangkan juga untuk membantu memudahkan dalam pembuatan mesh elemen hingga dan analisis outputnya. Pada bagian kedua ini didapat rentang modulus lapis thin layer yang menunjukkan kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal. Bagian ini diuraikan pada Bab III. c. Bagian Ketiga disebut analisis laboratorium, menguraikan tentang bagaimana kondisi bonding dapat dianalisis dengan percobaan laboratorium Direct Shear Test yang menghasilkan suatu rentang parameter Bond Strength dan Bond Stiffness yang menunjukkan kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal. Bagian ini diuraikan pada Bab IV dan Bab V antara lain berupa pengembangan alat Direct Shear Test, pengujian material aspal dan agregat, desain campuran beraspal, pembuatan sampel di laboratorium dan hasil coring 5
lapangan, pengujian Direct Shear serta analisis hasil percobaan di laboratorium ini. d. Bagian Keempat disebut pemodelan parameter bonding, menguraikan analisis kurva shear stress-displacement, pemodelan makroskopis parameter bonding dan analisis pelaksanaan percobaan Direct Shear menggunakan elemen hingga yang secara lengkap diuraikan pada Bab VI. Akhirnya, kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan dengan rekomendasi untuk penelitian yang berikutnya diuraikan secara detail pada Bab VII. 6
Gambar I.1 Bagan Alir Penelitian 7
Gambar I.2 Bagan Alir Pemodelan Elemen Hingga Percobaan Direct Shear 8