BAB III PROGRAM DAN METODOLOGI PENELITIAN III.1 Program Penelitian Program penelitian diawali dengan studi pustaka tentang teori dasar struktur perkerasan kaku berdasarkan metoda ICAO. Sesuai dengan tujuan penelitian yang telah disusun, maka dibuat suatu kerangka penelitian dalam bentuk diagram alir penelitian yang menggambarkan urutan kegiatan penelitian yang saling terkait seperti terlihat pada Gambar III.1 berikut ini : Identifikasi dan Definisi Masalah Pengumpulan Data Pergerakan : - Data pergerakan kedatangan dan keberangkatan pesawat udara -Data karakteristik pesawat udara Pengumpulan Data Struktur Perkerasan dan Data Teknis Desain - Data konstruksi struktur perkerasan - Data teknis desain Analisis Metoda Desain Struktur Perkerasan : -Analisis Fatique -Analisis Tegangan Program Airfield Perhitungan Annual Departure Analisis Kurva Desain Analisis LRF Membandingkan Hasil Desain ICAO dengan FAA dan PCA Analisis Sensitivitas dengan Metode ICAO Kesimpulan dan Saran Gambar III.1 Diagram Alir Program Penelitian 27
28 1) Identifikasi dan definisi masalah Belum adanya ketentuan metoda desain standar yang diseragamkan di Indonesia, masingmasing metoda desain berbeda dalam memperhitungkan pengaruh dari beban lalu lintas pesawat udara campuran dan program Airfield diperlukan untuk mempercepat proses perhitungan, serta untuk meningkatkan akurasi perhitungan. Tujuan dari analisis perkerasan ini telah diuraikan sebelumnya di bab 1. 2) Analisis metoda desain struktur perkerasan kaku Analisis tegangan, analisis fatique, analisis LRF dan analisis kurva desain dibahas dalam penelitian ini sebelum melakukan desain perkerasan. Untuk analisis kurva desain, dilakukan pembuatan kurva desain secara manual dalam bentuk nomogram. 3) Pengumpulan data Pengumpulan data dari Bandar Udara Juanda, Surabaya adalah data pergerakan pesawat udara, data struktur perkerasan dan data teknis desain. Data pergerakan yaitu data jenis dan volume pesawat udara yaitu volume keberangkatan pesawat udara (annual departure) dan kedatangan pesawat udara (annual arrival) dalam setahun, serta data karakteristik pesawat udara. Data struktur perkerasan dan data teknis desain yaitu parameter desain seperti nilai modulus subgrade (k) dan kekuatan flexural beton (flexural strength) serta lapisanlapisan (layer) yang terdapat dalam struktur perkerasan eksisting dan tebal masingmasing lapisan. 4) Perhitungan annual departure Perhitungan annual departure yang dimaksud adalah nilai keberangkatan tahunan (annual departure) pesawat udara desain dan pesawat udara lainnya (mix traffic) yang akan menggunakan bandar udara yang bersangkutan setelah dikonversi dulu ke dalam annual departure pesawat udara desain. 6) Membandingkan hasil desain ICAO dengan FAA dan PCA Hasil desain yang diperoleh dengan Metoda ICAO dibandingkan dengan metoda FAA dan PCA, sehingga diketahui perbedaan hasil desain perkerasan dari kedua metoda tersebut. 8) Analisis sensitivitas Parameter yang mempengaruhi desain dianalisis untuk diketahui sejauh mana pengaruh parameter tersebut terhadap tebal dan tegangan maksimum yang terjadi pada struktur perkerasan.
29 III.2 Metodologi Penelitian Metodologi terdiri dari pengumpulan data, analisis metoda desain struktur perkerasan kaku menurut ICAO, pengembangan chart desain dan analisis sensitivitas, akan diuraikan lebih lanjut untuk masing-masing metodologi tersebut. III.2.1 Metodologi pengumpulan data Data yang diperlukan yaitu data struktur perkerasan dan data pergerakan, diperoleh dari Bandar Udara Juanda, Surabaya, sebagai data sekunder. Data-data tersebut digunakan sesuai dengan tujuan penelitian ini. III.2.2 Metodologi analisis metoda desain struktur perkerasan kaku Kekuatan subgrade dinyatakan dengan modulus reaksi tanah dasar atau nilai k yang merupakan perbandingan beban (psi) dengan penurunan dari bearing plate. Modulus subgrade k dituliskan dengan rumus : dimana : k = p..... (3.1) Δ k = modulus subgrade reaction(mn/m 3 atau pci) p = beban (MN/m 2 ) Δ = lendutan pada slab beton (m) Nilai k diperoleh dari pengujian plate bearing dengan metoda pengujian AASHTO T222-81. Pengaruh variasi nilai k ini dianalisis terhadap tegangan yang ditimbulkan dan ketebalan lapis perkerasan. Tegangan yang terjadi di dalam perkerasan kaku dianalisa berdasarkan metoda Wastergaard. Analisa wastergaard pada perkerasan kaku di bandar udara bertujuan untuk menghitung tegangan di dalam (interior) slab beton, bagian tepi (edge) slab beton dan di sudut (corner) slab beton. Tegangan (stress) pada perkerasan kaku akibat beban di interior, edge, corner diperoleh dari persamaan rumus sebagai berikut : Untuk corner loading a = 0,8521P q. π d Sd Pd + π 0,5227. q 1/ 2....... (3.2)
30 0,6 3P a 2 τ = 1 2........ (3.3) c h l dimana : a = jari-jari contact area, cm P d = Beban untuk satu roda, kg q = contact/tire pressure, kg/cm 2 S d = Jarak antar dua roda, cm h = tebal beton, cm Untuk Interior loading 2 2 b = 1,6a + h 0,675. h... (3.4) 0,316P l τ = 4 log + 1, 069.......... (3.5) i 2 h b dimana : a = jari-jari contact area, cm P = Beban pada main gear, kg l = radius relative stiffness, cm h = tebal beton, cm Untuk Edge loading 0,803. P l a τ = 4 log + 0,666 0, 034......... (3.6) e 2 h a l Selain dari persamaan rumus di atas, untuk menghitung tegangan di interior atau di edge dapat juga dilakukan menggunakan chart yang dibuat oleh Pickett dan Ray. Chart Pickett dan Ray menggunakan count di dalam perhitungan momen akibat posisi beban pada chart tersebut. Nilai momen yang diperoleh selanjutnya dapat diketahui besarnya tegangan yang terjadi akibat posisi beban pesawat udara. Nilai momen (M) dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : ql 2 N M =...... (3.7) 10,000
31 dimana : q = tekanan kontak ban (contact pressure) (kg/cm 2 ) l = radius kekakuan relatif dari pelat (cm) N = jumlah blok yang ditutupi oleh jejak roda (chart Pickett and Ray) Radius kekakuan relatif (Radius of relative stiffeness) ditulis dengan persamaan 3.8 l Eh 12 (1 μ ) k 3 = 4........ (3.8) 2 dimana : E = modoulus elastis beton = 4 x 10 6 psi (27588.483 MPa) h = tebal beton (cm) k = modulus reaksi tanah dasar (MN/m 3 ) μ = poisson ratio = 0,15 Untuk menghitung tegangan (σ) menggunakan persamaan 3.9 6M σ = 2..... (3.9) h dimana : h = tebal perkerasan (cm) M = nilai momen (kg/cm) III.2.3 Metodologi pengembangan chart desain Kurva desain dapat dibuat seperti yang diberikan oleh PCA dan FAA dengan menggunakan program Airfield. Kurva desain menggambarkan hubungan tebal dan tegangan dengan MTOW yang sesuai dengan pesawat udara yang beroperasi. Kurva desain perkerasan yang dibuat dari program Airfield diharapkan sama dengan chart yang lama (PCA dan FAA). Data untuk membuat kurva desain disesuaikan dengan jenis pesawat udara yang diinginkan. Data input yang diperlukan menggunakan program Airfield antara lain : data karakteristik pesawat udara, modulus elastis, dan angka poisson. Data output dari program Airfield : tebal dalam satuan cm dan tegangan dalam satuan MPa III.2.4 Metodologi analisis sensitivitas Hasil desain struktur perkerasan yang diperoleh, dianalisis lebih lanjut untuk mengetahui kepekaannya terhadap ketidakpastian yang terdapat pada masing-masing
32 parameter desain. Dengan mengetahui tingkat kepekaan struktur perkerasan desain, perencana dapat mengambil keputusan untuk memperkecil/memperbesar resiko dari struktur perkerasan desain. Parameter yang digunakan yaitu berbagai variasi nilai modulus subgrade/subbase k, modulus of rupture beton, modulus elastisitas, angka poisson ratio, roda pesawat udara ketika belok (rotation angle) dan pass to coverage ratio.