9 Penghamparan dan pemadatan
9.4 Pemadatan
9.4.2 Alat pemadat
Dalam pemadatan campuran beraspal harus digunakan alat pemadat dengan penggerak sendiri bukan yang ditarik. Meskipun demikian pada lokasi-lokasi yang sulit dijangkau dengan alat pemadat, dapat digunakan pemadat bermesin yang dioperasikan dengan tangan. Usaha pemadatan yang dihasilkan dari suatu alat pemadat merupakan fungsi dari beban alat pemadat dan bidang kontak antara roda dengan campuran beraspal. Tegangan yang terjadi berbanding lurus dengan beban atau gaya berat dan berbanding terbalik dengan luas bidang kontak (tegangan = P/A.) Secara umum pemadat yang digunakan untuk memadatkan campuran beraspal dibagi menjadi 2 jenis, yaitu :
- Alat pemadat mesin gilas roda baja statis - Alat pemadat roda karet pneumatik
Atau kombinasi dari keduanya, seperti pemadat yang dilengkapi baik dengan drum pemadat bergetar maupun roda karet peneumatik.
a) Alat pemadat mesin gilas roda baja statis
Mesin gilas roda baja mempunyai roda belakang dan depan berupa drum ( 2 roda) atau drum pada bagian depan dan dengan roda pada bagian belakang (3 roda). Pada campuran beraspal disarankan untuk menggunakan jenis dengan roda belakang dan depan berupa drum (2 roda) untuk memperoleh tekstur yang lebih baik.
169 dari 197
Berat dari pemadat ini bervariasi dari 3 sampai 14 ton atau lebih dengan lebar drum bervariasi dari 1 sampai 1,5 m atau lebih. Jika diperlukan berat yang lebih, maka dapat ditambahkan beban tambahan. Untuk jalan-jalan dengan lalu-lintas yang berat maka berat minimum alat yang digunakan adalah 10 ton.
Sebaran gaya yang dihasilkan alat pemadat menerus sampai ke perkerasan di bawahnya. Karena perkerasan di bawahnya telah padat maka timbul gaya reaksi keatas. Pada akhirnya campuran beraspal yang baru dihampar seolah-olah mendapat dua gaya tekan, dari atas dan dari bawah. Makin berat alat pemadat maka makin besar tegangan yang diberikan. Sementara makin besar lebar drum maka makin kecil tegangan yang diberikan. Gaya pemadat yang lebih besar dibutuhkan untuk campuran beraspal yang lebih stabil.
Arah pergerakan pemadat ini , khususnya pada awal pemadatan, harus roda penggerak berada di depan. Dengan posisi tersebut maka campuran beraspal akan memperoleh gaya tekan kebawah dan bukan terdorong seperti halnya jika pergerakannya dibalik. Gambar 90 dan 91 di bawah ini memberikan ilustrasi dari pengaruh posisi roda penggerak pada saat awal pemadatan.
Gambar 90 Arah yang benar, roda penggerak di depan
Dengan posisi roda penggerak di belakang, maka campuran beraspal akan terdorong ke depan.
Gambar 91 Arah yang salah, roda penggerak di belakang
Mesin gilas roda baja kadangkala dilengkapi dengan penggetar. Alat pemadat dengan penggetar ini menghasilkan usaha pemadatan dari kombinasi antara berat dengan getaran/vibrasi. Berat alat ini sekitar 7 ton sampai 17 ton. Diameter drum bervariasi dari 0,9 m sampai 1,5 m dengan lebar 1,2 m sampai 2,4 m. Berat statis dari alat
Arah pergerakan Arah pergerakan Gaya dalam campuran campuran terdorong ke depan
170 dari 197
pemadat ini antara 2,9 kg per mm sampai 3,2 kg per mm. Getaran/vibrasi dihasilkan oleh alat yang umum disebut dengan esentrik (eccentrics), pada batang (shaft) yang berputar didalam drum seperti ditunjukkan dalam Gambar 92. Pemadatan yang dihasilkan dari vibrasi/getaran ditentukan oleh frekuensi dan amplitudonya. Frekuensi ditentukan oleh kecepatan berputarnya batang (shaft), dan didefinisikan sebagai jumlah putaran per menit dengan satuan getaran/vibrasi per menit. Semakin berat esentrik, semakin jauh dari batang (shaft), dan semaikin cepat berputarnya, maka semakin besar gaya yang diberikan. Frekuensi yang digunakan untuk campuran beraspal adalah antara 2000 vibrasi permenit sampai 3000 vibrasi per menit, tergantung dari model dan buatannya. Beberapa model mempunyai hanya satu atau dua pilihan frekuensi sementara model lain mempunyai beberapa pilihan frekuensi, misalnya dari 1800 vibrasi permenit sampai 2400 vibrasi permenit (vpm).
Drum alat pemadat akan bergerak naik turun selama bergetar. Amplitudo merupakan jarak terbesar yang dicapai pada pergerakan naik turun tersebut. Amplitudo merupakan fungsi dari berat drum dan jarak dari titik pusat ke batang (shaft). Untuk alat pemadat dengan berat tertentu, maka semakin berat esentrik,dan semakin jauh jaraknya dari batang (shaft) maka semakin besar amplitudo yang dihasilkan. Besarnya amplitudo tersebut umumnya bervariasi antara 0,25 mm sampai 1,02 mm. Beberapa alat pemadat hanya dapat dioperasikan hanya pada satu amplitudo saja.
Gambar 92 Esentrik pada batang yang berputar menghasilkan getaran
Mesin gilas ini mempunyai berat, frekuensi dan amplitudo yang berbeda-beda. Getaran yang dihasilkan merambat ke bawah sehingga membuat partikel-partikel kasar dan halus bergetar. Mesin ini mula-mula memadatkan lapisan terbawah kemudian bergerak keatas. Semakin banyak lintasan dibuat, pemadatan memberi
171 dari 197
pengaruh pada lapisan yang lebih atas, tapi pada saat yang sama lebih banyak energi yang dipantulkan, dan akan melepaskan ikatan bahan dipermukaan. Mesin gilas dengan penggetar harus segera ditarik kembali jika kepadatan sudah tercapai. Mesin getar yang berat dengan amplitudo tinggi dan frekuensi getaran rendah biasanya dirancang untuk keperluan pemadatan campuran yang tebal (misalnya lapis pondasi atau timbunan tanah). Jika digunakan pada campuran beraspal yang sangat tipis (kurang dari 30 mm tebal padat) tidak akan memberi manfaat, bahkan lapisan tersebut akan pecah dan mengalami segregasi. Oleh karena itu untuk memadatkan lapisan campuran beraspal (30 mm sampai 65 mm tebal padat) disarankan menggunakan mesin getar yang mempunyai amplitudo yang rendah dengan frekuensi tinggi. Akan lebih baik menambah jumlah lintasan dibanding dengan memperbesar amplitudo.
Gambar 93 Ilustrasi besarnya amplitudo
Untuk menjamin hasil pemadatan yang baik maka frekuensi dan kecepatan alat pemadat harus disesuaikan. Beberapa ahli menyarankan jumlah tumbukan per meter adalah sebanyak 30 tumbukan sampai 40 tumbukan, untuk memcapai keseimbangan antara produktivitas pemadatan dan kerataan permukaan. Jumlah tumbukan per meter ini dapat ditentukan dengan membagi kecepatan alat penghampar dengan frekuensi vibrasi. Jumlah tumbukan 30 tumbukan per meter kira-kira sama dengan jarak tumbukan 33 mm, sementara jumlah tumbukan 40 per meter sama dengan jarak 25 mm antar tumbukan.
Jarak tumbukan = kecepatan alat pemadat / frekuensi
Pada frekuensi 2400 vibrasi per menit, dengan kecepatan 4,8 km/h akan menghasilkan 30 tumbukan per meter, dan dengan kecepatan 3,6 km/h akan menghasilkan 40 tumbukan per menit. Jika frekuensi diatur pada 3000 vibrasi per menit, maka kecepatan alat penghampar untuk memperoleh jumlah tumbukan 30 sampai 40 per meter adalah pada kecepatan 5,6 km/h sampai 4,2 km/h.
Pada umumnya frekuensi diatur maksimum, dan kecepatan alat pemadat disesuaikan untuk memperoleh hasil pemadatan yang disyaratkan.
AMPLITUDO
Tinggi
172 dari 197
Gambar 94 Hubungan antara kecepatan dan frekuensi
Dalam pengoperasian mesin gilas roda baja dengan penggetar (vibrator) dapat digunakan beberapa model. Berikut ini disampaikan 4 model pengoperasian, model yang pertama adalah alat pemadat tidak menggunakan penggetar. Alat ini berfungsi seperti mesin gilas roda baja statis. Model yang kedua adalah dengan menggetarkan hanya satu roda, yaitu roda belakang sementara roda depan statis. Model ini dilakukan untuk pemadatan pada campuran yang mempunyai garis batas stabilitas, misalnya pada sambungan. Model yang ketiga yaitu kedua roda/drum digetarkan, dan digunakan untuk memperoleh usaha pemadatan yang maksimum pada hamparan campuran beraspal yang stabil. Model keempat adalah dengan menggetarkan roda bagian depan sementara roda belakang statis. Hal ini dimaksudkan untuk memadatkan dengan roda yang bergetar dan kemudian roda belakang yang statis meratakan permukaan.
Penggetar harus dihidupkan hanya pada saat alat ini bergerak. Pada waktu diam atau berganti arah maka penggetar dimatikan. Jika pada saat berhenti atau berganti arah penggetar tetap hidup, maka akan menimbulkan bekas pada tempat tersebut.
b) ALat pemadat roda karet pneumatik
Alat pemadat roda karet pneumatik (Tire rollers, TR) merupakan alat pemadat dengan roda karet, mempunyai dua gandar dengan roda karet 3 sampai 4 roda dibagian depan dan 4 sampai 5 roda di bagian belakang. Berat total alat ini bervariasi dari 10 ton sampai 35 ton tergantung pada ukuran dan jenisnya. Hal yang perlu diperhatikan adalah berat pada satu roda harus berkisar antara 680 kg sampai 907 kg. Roda karet yang digunakan harus rata dengan lebar roda 380 mm, 430 mm, 510 mm atau 610 mm. Tekanan pada setiap roda harus sama dan toleransi perbedaan tekanan tidak boleh melebihi 5 psi (kPa). Tipikal alat pemadat roda karet pneumatik diperlihatkan pada Gambar 95.
Usaha pemadatan yang dihasilkan merupakan fungsi dari berat beban dan bidang kontak. Makin dalam roda karet masuk kedalam campuran maka bidang kontaknya makin besar, dan usaha pemadatan yang dihasilkan makin kecil. Jadi pada saat alat pemadat melewati campuran beraspal untuk pertama kali, usaha pemadatan yang dihasilkan paling kecil (karena roda masuk kedalam campuran beraspal), selanjutnya akan membesar sesuai dengan peningkatan kepadatan campuran beraspal. Demikian juga dengan tekanan ban, tekanan ban yang rendah akan memberikan bidang kontak yang besar, sehingga usaha pemadatan yang dihasilkan rendah. Untuk campuran beraspal yang lebih kaku maka tekanan ban yang lebih tinggi dapat digunakan.
Pada saat operasi pemadatan, jika ban alat pemadat roda karet pneumatik mempunyai temperatur yang lebih rendah dari campuran beraspal maka campuran beraspal akan tercabut dan melekat pada roda, yang mengakibatkan tekstur permukaan yang dihasilkan menjadi buruk. Alternatif yang banyak digunakan adalah dengan menyiram roda alat pemadat dengan air atau cairan lainnya. Meskipun demikian cara seperti ini tidak begitu efektif. Kebanyakan penyemprotan air akan menyebabkan campuran beraspal pada lapis paling atas menjadi dingin. Cara yang
173 dari 197
paling efektif adalah dengan membiarkan temperatur roda alat pemadat sama dengan temperatur campuran beraspal. Untuk mempertahankan temperatur roda alat pemadat tersebut dapat digunakan pelindung (skirts), terutama pada daerah-daerah dengan kecepatan angin tinggi dan temperatur dingin (lihat Gambar 96). Pada awal pemadatan, untuk menaikkan temperatur roda karet, maka alat pemadat tersebut dapat dapat dijalankan bolak-balik kurang lebih selama 10 menit pada perkerasan lama.
Gambar 95 Alat pemadat roda karet pneumatik
Alat pemadat roda karet pneumatik dapat digunakan untuk pemadatan awal dan untuk pemadatan antara. Dua proses pemadatan tersebut menggunakan prosedur kerja yang berbeda. Jika roda karet penumatik digunakan sebagai alat pemadat untuk pemadatan awal, maka pergerakan awal serupa dengan penggunaan roda baja, yaitu roda penggerak berada didepan. Roda karet yang tenggelam dalam campuran beraspal terlalu dalam menunjukkan alat ini kurang cocok dipakai untuk pemadatan awal pada jenis campuran beraspal tersebut.
Gambar 96 Alat pemadat roda karet pneumatik dengan pelindung (skirts) (US Army, 2000)
174 dari 197
Untuk pemadatan awal atau pemadatan antara, alat pemadat roda penumatik harus mempunyai persyaratan :
- Berat per roda 1360 kg sampai 1590 kg (3000 lb sampai 3500 lb) - Minimum diameter roda adalah 510 mm (20 in)
- Tekanan ban 70 psi sampai 75 psi (483 kPasampai 517 kPa) ketika dingin dan 90 psi (620 kPa) ketika panas.
Tekanan ban tersebut direkomendasikan untuk semua jenis campuran beraspal, meskipun demikian masih dapat diturunkan khusunya untuk campuran dengan stabilitas rendah.
Alat pemadat ban peneumatik dapat digunakan untuk meningkatkan kepadatan dan menurunkan permeabilitas campuran beraspal setelah selesainya proses penghamparan dan pemadatan yang normal. Perbaikan ini dapat dilakukan paling lama sebelum perkerasan berumur 2 minggu, dan dilaksanakan pada temperatur udara di atas 38 oC. Alat pemadat ini juga baik untuk memperbaiki retak rambut yang timbul akibat pemadatan dengan roda baja pada temperatur yang terlalu panas. Apabila alat pemadat roda karet pneumatik digunakan untuk meningkatkan kepadatan pada campuran beraspal yang berumur kurang dari 2 minggu, persyaratan yang dibutuhkan adalah :
- Berat per roda minimum 680 kg
- Minimum diameter roda adalah 380 mm
- Tekanan ban 50 psi sampai 60 psi (345 kPa – 415 kPa)
Alat pemadat ban penumatik memegang peranan yang sangat penting dalam tahap-tahapan pemadatan campuran beraspal panas. Usaha pemadatan yang dihasilkan ditentukan oleh berat beban, luas bidang kontak, jumlah lintasan dan kecepatan.