Analisis Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Tebal Lapis Tambah (Overlay) Perkerasan Lentur Pada Program Everseries

(1)

ANALISIS FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI

TEBAL LAPIS TAMBAH (OVERLAY) PERKERASAN

LENTUR PADA PROGRAM EVERSERIES

TUGAS AKHIR

050404124

MARIA MALIANA LGAOL

BIDANG STUDI TRANSPORTASI

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

(2)

ABSTRAK

Perencanaan tebal overlay perkerasan lentur terkini menggunakan metode yang membutuhkan data lendutan permukaan. Hasil pengukuran lendutan permukaan dapat menggambarkan kondisi struktur perkerasan dilapangan dan diolah untuk menghitung modulus tiap lapisan perkerasan. Selanjutnya nilai modulus tersebut digunakan untuk menghitung tebal lapis tambah (overlay) yang dibutuhkan.

Beberapa faktor yang berkaitan dengan pengukuran lendutan antara lain modulus lapisan perkerasan, beban lalu lintas, dan tekanan roda rencana. Dimana setiap faktor tersebut sekaligus dapat mempengaruhi nilai tebal overlay yang dibutuhkan. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh faktor-faktor diatas terhadap suatu nilai tebal overlay, setiap faktor dijadikan variabel dengan beberapa variasi nilai yang bertujuan untuk menganalisis perubahan tebal overlay yang terjadi.

Dari hasil analisis perubahan tebal overlay yang dikeluarkan program Everseries bagian Everpave, variabel beban lalu lintas memberikan pengaruh terbesar bila dibandingkan dengan variabel modulus lapisan dan variabel tekanan roda yakni sebesar 32.56 %, sedangkan variabel tekanan roda menjadi variabel yang tidak lebih mempengaruhi dibandingkan variabel beban lalu lintas dan variabel modulus lapisan dengan persentase terkecil yaitu 14.77 %. Dan variabel modulus lapisan memberikan pengaruh perubahan tebal overlay sebesar 28.35 %.

(3)

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas kasih dan penyertaanNya penulis akhirnya dapat menyelesaikan penulisan Laporan Tugas Akhir mengenai ANALISIS FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI TEBAL LAPIS TAMBAH (OVERLAY) PERKERASAN LENTUR PADA PROGRAM EVERSERIES ini.

Dalam penulisan laporan ini tentunya banyak hambatan yang penulis hadapi, namun karena bantuan dan dorongan dari berbagai pihak akhirnya laporan ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng,Sc., selaku dosen pembimbing tugas akhir dan Koordinator Tugas Akhir Bidang Studi Transportasi yang telah memberi waktu, masukan dan bimbingan yang sangat bernilai bagi penulisan tugas akhir ini

2. Bapak Prof.Dr.Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, USU.

3. Bapak Ir. Terunajaya selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU serta Staf Tata Usaha Departemen Teknik Sipil atas kerjasama dan bantuannya dalam urusan administrasi

4. Ibunda D. Silaban tercinta beserta saudara-saudari penulis; H. Martogi, N. Kurniasi, D. Erlita, E.E. Fransiska, R.M. Juliana, E.H. Timor, yang selalu mendoakan dan mendukung penulis

5. Teman-teman Angkatan 2005, yang telah membantu penulis selama masa studi maupun selama penulisan laporan tugas akhir ini dan saudara di Gg. Bersama no.68 serta Wati M, Dani M, Marlyn S, atas doa juga dukungannya.

(4)

Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, maka penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk penyempurnaan laporan tugas akhir ini. Dan semoga laporan tugas akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Oktober 2010

Penulis

(5)

Halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR LAMPIRAN ... x

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Umum ... 1

I.2. Ruang Lingkup ... 3

I.3. Tujuan dan Manfaat ... 4

I.4. Metodologi ... 4

BAB II

PERENCANAAN TEBAL LAPIS TAMBAH

(OVERLAY) SECARA MEKANISTIK – EMPIRIS

II.1. Umum ... 8

II.2. Asumsi - Asumsi ... 10

II.3. Respon Model ... 11

II.4. Pemodelan Lapisan ... 11

II.5. Pemodelan Pertemuan Antar Lapisan ... 12

II.5.1 Unbonded Overlays ... 12

II.5.2 Bonded Overlays Peningkatan Struktur ... 13

II.5.3 Bonded Overlays Pengurangan Retakan ... 13

II.6. Perhitungan Empiris ... 14

II.6.1 Kriteria Kegagalan Retak ... 14

II.6.1.1 Model Asphalt Institute ... 15

II.6.1.2 Model SHELL ... 15

II.6.1.3 Model Finn ... 16

(6)

II.6.2.1 Model Rutting Asphalt Institute ... 16

II.6.2.2 Model Rutting SHELL ... 17

II.6.2.3 Model Rutting Finn ... 17

II.7. Parameter Tebal Overlay ... 18

II.7.1 Faktor Umum (General) ... 18

II.7.2 Faktor Struktur Perkerasan Eksisting ... 18

II.7.3 Faktor Lalu Lintas (Traffic) ... 19

II.7.4 Faktor Musiman (Seasonal) ... 19

II.8. Parameter Khusus ... 19

II.8.1 Tekanan roda ... 19

II.8.2 Modulus lapisan perkerasan ... 21

II.8.3 Beban lalu lintas ... 22

BAB III

PROGRAM EVERSERIES

III.1. Umum ... 23

III.2. EVERSTRESS ... 24

III.2.1 Asumsi – Asumsi ... 24

III.2.2 Respon Model ... 25

III.3. EVERCALC ... 25

III.4. EVERPAVE ... 26

I.1.1 ... III. 4.1 Pemodelan Lapisan Perkerasan ... 26

I.1.2 ... III. 4.2 Pemodelan Pertemuan Antar Lapisan ... 27

I.1.3 III.4.3 Kriteria Desain Overlay ... 28

III.4.3.1 Krteria Rutting ... 30

III.4.3.2 Kriteria Retak ... 32

(7)

I.1.5 III.4.4.1

Data Umum ... 36

I.1.6 III.4.4.2 Data Lalu Lintas ... 37

I.1.7 III.4.4.3 Data Struktur Perkerasan ... 37

I.1.8 III.4.5 Data Keluaran ... 38

I.1.9 III.4.6 Tahapan Perhitungan Everpave ... 39

BAB IV

APLIKASI PERHITUNGAN

IV.1. Penyajian Data ... 40

IV.1.1 Variasi Modulus Lapisan ... 41

IV.1.1.1 Data lendutan struktur perkerasan ... 42

IV.1.1.2. Modulus lapisan perkerasan ... 46

IV.1.1.3. Perbandingan nilai modulus lapis pondasi dan subgrade terhadap modulus aspal .... 47

IV.1.2. Variasi Beban Lalu Lintas ... 51

IV.1.3. Variasi Tekanan Roda ... 51

IV.2. Perhitungan Tebal Overlay ... 51

IV.2.1. Pengaruh Variasi Beban Lalu Lintas ... 53

IV.2.2. Pengaruh Variasi Tekanan Roda ... 55

IV.2.3. Pengaruh Variasi Modulus Lapisan ... 56

IV.3. Analisis Hasil Perhitungan ... 57

BAB V

PENUTUP

V.1. Kesimpulan... 61

(8)

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1.1 Diagram Alir Metodologi ... 7 Gambar 2.1 Sifat linear elastis bahan perkerasan terhadap

beban dan waktu ... 10 Gambar 2.2 Sifat viscous bahan perkerasan terhadap beban dan waktu ... 11 Gambar 2.3 Konsep perencanaan overlay tidak terikat

(9)

Gambar 2.6 Sumbu standar ekivalen di Indonesia ... 22

Gambar 3.1 Kriteria lapisan homogen dan isotropis ... 27

Gambar 3.2 Kondisi pertemuan antar lapisan ... 27

Gambar 3.3 Titik Kriteria Kerusakan-Program Everpave ... 29

Gambar 3.4 Tampilan kegagalan rutting pada perkerasan jalan ... 30

Gambar 3.5 Limitasi kriteria regangan rutting pada tanah dasar ... 31

Gambar 3.6 Tampilan kegagalan retak di permukaan perkerasan ... 32

Gambar 3.7 Pembatasan kriteria regangan horizontal retak lelah ... 34

Gambar 3.8 Alur program Everpave ... 36

Gambar 4.1 Grafik hubungan tebal overlay dan beban lalu lintas berdasarkan variasi tekanan roda dan tipe perkerasan 1 ... 58

(10)

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1 Analisis titik kritis di dalam struktur perkerasan ... 28

Tabel 3.2 Klasifikasi shift faktor ... 35

Tabel 4.1 Lendutan perkerasan jalur A ... 42

Tabel 4.2 Lendutan perkerasan jalur B ... 44

Tabel 4.3 Pola perubahan modulus jalur A ... 47

Tabel 4.4 Pola perubahan modulus jalur B ... 48

Tabel 4.5 Variasi modulus lapisan ... 51

Tabel 4.6 Data-data umum ... 52

Table 4.7 Data lalu lintas ... 52

Tabel 4.8 Data perkerasan eksisting masing-masing tipe perkerasan ... 52

Tabel 4.9 Hasil kombinasi variabel terhadap tebal overlay ... 53

Tabel 4.10 Persentase perubahan tebal overlay variasi beban lalu lintas ... 54

Tabel 4.11 Persentase perubahan tebal overlay variasi tekanan roda ... 55

(12)

ABSTRAK

Perencanaan tebal overlay perkerasan lentur terkini menggunakan metode yang membutuhkan data lendutan permukaan. Hasil pengukuran lendutan permukaan dapat menggambarkan kondisi struktur perkerasan dilapangan dan diolah untuk menghitung modulus tiap lapisan perkerasan. Selanjutnya nilai modulus tersebut digunakan untuk menghitung tebal lapis tambah (overlay) yang dibutuhkan.

Beberapa faktor yang berkaitan dengan pengukuran lendutan antara lain modulus lapisan perkerasan, beban lalu lintas, dan tekanan roda rencana. Dimana setiap faktor tersebut sekaligus dapat mempengaruhi nilai tebal overlay yang dibutuhkan. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh faktor-faktor diatas terhadap suatu nilai tebal overlay, setiap faktor dijadikan variabel dengan beberapa variasi nilai yang bertujuan untuk menganalisis perubahan tebal overlay yang terjadi.

Dari hasil analisis perubahan tebal overlay yang dikeluarkan program Everseries bagian Everpave, variabel beban lalu lintas memberikan pengaruh terbesar bila dibandingkan dengan variabel modulus lapisan dan variabel tekanan roda yakni sebesar 32.56 %, sedangkan variabel tekanan roda menjadi variabel yang tidak lebih mempengaruhi dibandingkan variabel beban lalu lintas dan variabel modulus lapisan dengan persentase terkecil yaitu 14.77 %. Dan variabel modulus lapisan memberikan pengaruh perubahan tebal overlay sebesar 28.35 %.

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Hasil keluaran program Evercalc

Lampiran 2 Hasil perhitungan tebal lapis tambah (overlay) program Everpave

Lampiran 3 Temperatur Perkerasan Rata-Rata Tahunan di Indonesia

BAB I

PENDAHULUAN

I.2 Umum

Metode desain tebal lapis tambah (overlay) terkini menggunakan pengukuran lendutan permukaan sebagai input[15]. Apabila kondisi suatu struktur perkerasan lentur semakin lemah, hasil pengukuran lendutan permukaan akan memberikan nilai yang besar dan begitu juga sebaliknya[13]. Saat pengukuran lendutan tersebut nilainya relatif besar, dibutuhkan suatu tebal lapis tambah (overlay) yang mampu mengurangi nilai lendutan/defleksi ini menjadi lebih kecil dari lendutan ijin.

(14)

perkerasan ini akan menentukan berapa ketebalan overlay yang dibutuhkan. Oleh karena itu, hasil pengukuran lendutan struktur perkerasan eksisting ini dapat mempengaruhi seluruh rangkaian perencanaan tebal lapis tambah (overlay).

Adapun beberapa faktor yang berkaitan dengan lendutan permukaan perkerasan lentur yakni beban lalu lintas yang dipikul struktur perkerasan, tekanan roda, dan modulus lapisan perkerasan dari lapis teratas (aspal) sampai lapis terbawah (subgrade). Dimana setiap faktor-faktor tersebut juga akan mempengaruhi suatu nilai rancang tebal lapis tambah (overlay).

Beban lalu lintas dari roda kendaraan akan mengakibatkan struktur perkerasan mengalami lendutan tepat saat beban berada diatas pemukaan perkerasan[4]. Apabila beban tersebut mengalami pertumbuhan dalam kurun waktu tertentu, maka lendutan permukaan perkerasan juga akan bertambah besar. Hal ini terjadi karena struktur perkerasan memiliki batas kemampuan terhadap beban yang dipikulnya, dan bila beban tersebut melampaui batas kemampuannya, lendutan permukaan mulai terjadi.

Tekanan roda merupakan salah satu faktor yang berkaitan dengan nilai lendutan permukaan dimana besar kecilnya pengaturan tekanan roda kendaraan dapat mengubah nilai lendutan permukaan. Penggunaan angka tekanan roda ini berbeda-beda tergantung dari prosedur perencanaan yang digunakan[8]. Dan pemilihan prosedur perencanaan harus tepat disesuaikan dengan kondisi lokasi perencanaan itu sendiri.

(15)

besar, modulus lapisan permukaan akan bertambah. Tetapi bila temperatur perkerasan yang bertambah, maka nilai modulus lapisan permukaan perkerasan lentur akan menurun.

Berdasarkan faktor-faktor tersebut diatas, maka dalam penulisan ini akan dianalisis pengaruh dari variabel beban lalu lintas, variabel tekanan roda, dan variabel modulus lapisan perkerasan terhadap suatu tebal overlay acuan. Faktor-faktor ini kemudian akan dianalisis dengan cara memberikan variasi pada masing-masing variabel dan hasil tebal overlay dari setiap variasi yang diberikan menjadi hasil tebal overlay variasi.

Pada penulisan ini, perhitungan tebal overlay perkerasan lentur akan menggunakan bantuan program komputer everseries keluaran Washington Departement of Transportation (WSDOT) yang menggunakan metode mekanistik-empiris dalam perencanaan tebal lapis tambahnya (overlay).

I.3 Ruang Lingkup

Untuk menghindari penyimpangan pembahasan dan agar tidak terlalu jauh pembahasan hasil analisisnya, maka diperlukan penentuan ruang lingkup pada penulisan ini, dimana maksud perencanaan overlay tersebut adalah berupa perkerasan lentur (HMA) diatas perkerasan lentur (HMA), dan pembahasan pada penulisan ini mencakup:

1. Menghitung tebal overlay secara mekanistik-empiris dengan program

everseries bagian everpave.

(16)

3. Menganalisis pengaruh dari variasi tekanan roda terhadap tebal ovelay. 4. Menganalisis pengaruh dari variasi modulus lapisan perkerasan terhadap

tebal overlay acuan yang merupakan nilai yang lebih kecil.

5. Data-data yang digunakan merupakan data-data asumsi, dan data-data lainnya ditentukan berdasarkan kondisi yang sering terjadi atau sesuai dengan keadaan di Indonesia.

I.4 Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini dibagi menjadi dua yaitu:

• Tujuan Akademis: untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan Sarjana Teknik Sipil Fakultas Teknik, USU.

• Tujuan Non-akademis:

 Menganalisis variabel-variabel yang menentukan tebal overlay

 Menentukan variabel yang lebih mempengaruhi tebal lapis tambah perkerasan lentur pada program everpave.

Dan diharapkan penulisan tugas akhir ini bermanfaat untuk penelitian lebih lanjut dalam perencanaan tebal lapis tambah (overlay) perkerasan lentur dengan ataupun tanpa program EVERSERIES.

I.5 Metodologi

Untuk mencapai tujuan dari penulisan tugas akhir ini sebagaimana telah disebutkan diatas, maka perlu dilakukan beberapa tahapan. Berikut adalah tahapan analisis faktor yang mempengaruhi tebal lapis tambahan (overlay) pada perkerasan lentur:

(17)

a. Variasi modulus lapisan

• Hitung persentase rata-rata dari perbandingan modulus lapisan pondasi (E2) terhadap modulus lapisan permukaan (E1), dan perbandingan modulus lapisan subgrade (E3) terhadap lapisan permukaan (E1) yang diambil dari modulus lapisan suatu struktur perkerasan

• Lalu tentukan nilai variasi modulus lapisan dari hasil perhitungan persentase rata-rata perubahan nilai modulus lapisan pondasi (E2) dan modulus lapisan subgrade (E3) terhadap modulus lapisan permukaan (E1). Dimana E1 ditentukan untuk empat tipe perkerasan yang berbeda, yaitu: 2000 MPa, 3000 MPa, 4000 MPa, 5000 MPa

b. Variasi beban lalu lintas

• Variasi beban lalu lintas rencana ditentukan dari nilai 1x106 CESA sampai 1x107 dengan kelipatan 2.5x106 CESA

c. Variasi tekanan roda

• Variasi tekanan roda ditentukan berdasarkan ketetapan Asphalt Institute (AI)[8] dengan jarak roda 34.5 cm dengan tekanan roda 483 KPa (70 psi), dan variasinya adalah 1035 KPa (150 psi) dan 1380 KPa (200 psi)

2. Perhitungan tebal overlay dari run program Everpave

a. Tentukan data-data masukan (input data) untuk program Everpave b. Jalankan program Evepave untuk menghitung tebal overlay dari

(18)

3. Perhitungan pengaruh setiap variasi

a. Hitung besarnya pengaruh setiap variasi dari hasil tebal overlay yang didapat dengan cara cari rata-rata perubahan tebal overlay hasil variasi dalam persen (%). Berikut adalah rumusannya:

Pto 1 = 100%

Rata-rata perubahan = ...% Pr

Dimana: Tov1: tebal overlay nilai variasi ke-1 (cm) Tov2: tebal overlay nilai variasi ke-2 (cm) Tov3: tebal overlay nilai variasi ke-3 (cm)

Pto : persentase perubahan tebal overlay ke-n (%) 4. Bandingkan perolehan hasil persentase (%) perubahan overlay tiap variasi

(19)

Studi Pustaka/ Pencarian Literatur

Faktor-faktor yang mempengaruhi tebal

overlay

Setiap faktor menjadi variabel

Run program EVERPAVE

Input Data (variabel acuan)

Variasi Variabel 2

Variasi Variabel 3

Variasi Variabel 1

Tebal overlay tiap variabel

% Rata-rata perubahan tebal overlay

% Pengaruh tiap variabel

Variabel yang lebih berpengaruh

% Terbesar

Yes

(20)

BAB II

PERENCANAAN MEKANISTIK – EMPIRIS OVERLAY

PERKERASAN LENTUR

Umum

Overlay merupakan lapis perkerasan tambahan yang dipasang di atas

konstruksi perkerasan yang ada dengan tujuan meningkatkan kekuatan struktur yang ada agar dapat melayani lalu lintas yang direncanakan selama kurun waktu yang akan datang[12]. Overlay sangat dibutuhkan pada setiap perkerasan karena pada dasarnya setiap konstruksi jalan yang direncanakan memiliki umur rencana, dan bilamana umur rencana telah terlampaui ataupun keadaan konstruksi jalan sudah tidak lagi mampu menahan beban lalu lintas diatasnya maka jalan tersebut harus dilakukan pelapisan kembali (overlay).

Overlay perkerasan lentur adalah overlay yang dilakukan dengan lapisan berbitumen. Salah satu contohnya adalah lapis tambahan (overlay) perkerasan dengan lapisan HMA (hot mixed asphalt). HMA merupakan lapisan berbitumen yang terdiri dari agregat dan aspal binder[17]. HMA disebut juga dengan asphalt concrete (AC/ACP), asphalt, blacktop, atau bitumen[17]. Pada umumnya, aspal yang dihamparkan dilokasi proyek adalah dalam bentuk HMA. Sesuai dengan namanya, HMA dicampur, dihampar, dan dipadatkan pada temperatur yang tinggi.

Ada beberapa dasar metode perencanaan tebal lapis tambah (overlay) yang dapat digunakan untuk lapisan perkerasan lentur[1,11]:

(21)

b) Metode mekanistik : didasarkan pada pengukuran lendutan (deflection

measurement)

c) Metode mekanistik – empiris : didasarkan pada pengukuran lendutan dan kajian kerusakan

Sebagai metode yang paling baru, mekanistik-empiris dapat memberikan pemodelan yang lebih mendekati keadaan nyata dilapangan. Komponen mekanistik adalah cara untuk menjelaskan fenomena-fenomena yang mengacu pada penyebab-penyebab perubahan fisis saja. Dalam perencanaan perkerasan, fenomena-fenomena tersebut adalah tegangan, regangan dan lendutan (deflection) di dalam struktur perkerasan, dan penyebab perubahan fisis itu adalah beban-beban dan jenis material (material properties) dari struktur perkerasan. Komponen empiris digunakan untuk menetapkan besarnya angka dari hasil perhitungan tegangan, regangan dan defleksi pada kegagalan perkerasan.

Adapun beberapa dasar pendekatan metode mekanistik – empiris, antara lain[18]:

• Perkerasan dimodelkan sebagai multi-layer elastic atau multi-layer visco elastic

• Material perkerasan digambarkan dengan nilai kekuatan dan kekakuan pada periode tahun tertentu

• Menentukan nilai kritis dari tegangan, regangan dan defleksi dengan metode mekanistik

(22)

Asumsi – asumsi

Setiap metode mekanistik empiris umumnya memiliki beberapa asumsi-asumsi dasar. Asumsi tersebut adalah[5]:

• Pada struktur perkerasan, setiap lapisan memiliki ketebalan tertentu, kecuali tanah dasar dalam arah vertikal yang dianggap tak terhingga. • Panjang perkerasan jalan arah horizontal juga dianggap tak terhingga. • Lapisan Homogen, maksudnya sifat-sifat bahan dari setiap lapisan

perkerasan dianggap homogen. Contohnya sifat bahan di titik Ai sama dengan sifat-sifat bahan di titik Bi.

• Lapisan Isotropik, maksudnya sifat-sifat bahan dari setiap lapisan perkerasan adalah isotropik, yakni sifat bahan di setiap titik tertentu dalam setiap arah (vertikal, radial, tangensial) dianggap sama.

• Lapisan linear elastis, linear maksudnya hubungan antara regangan dan tegangan dianggap linear, dan elastis maksudnya apabila tegangan yang diberikan kemudian dihilangkan, regangan dapat kembali ke bentuknya semula.

(23)

Respon Model

Respon perkerasan pada dasarnya berbeda-beda tergantung pada pemodelan lapisan yang digunakan, namun respon yang dimodelkan dalam metode perencanaan mekanistik-empiris berupa[5,17]:

• Tegangan, • Regangan,

• Defleksi/lendutan

Pemodelan Lapisan

Metode mekanistik-empiris memodelkan lapisan dalam bentuk sistem multi-lapisan[18]. Dan pemodelan tersebut dapat dibagi menjadi dua:

a. Model multi-lapisan elastic.

Apabila regangan tidak mengalami peningkatan sebagai fungsi dari waktu dan tetap akan kembali kebentuk semula[5].

b. Model multi-lapisan visco elastic.

Apabila regangan mengalami peningkatan sebagai fungsi dari waktu dan akan kembali kebentuk semula[5].

E

(

R

egangan)

(non - viscous) (viscous)

waktu pembebanan beban dihilangkan

t (waktu)

(24)

Pemodelan Pertemuan Lapisan Berbitumen (Interface Condition)

Metode perencanaan overlay yang baru memberikan pilihan desain yang dibedakan atas[10]: perencanaan overlay tidak terikat, overlay terikat dengan tegangan khusus pada peningkatan kondisi struktural, dan overlay terikat dengan tegangan khusus pada pengurangan retakan.

Perencanaan overlay dengan pemisah (unbonded overlays)

Pemodelan seperti ini berguna pada perkerasan yang mengalami retak parah, tujuannya adalah untuk mencegah retak pada perkerasan eksisting tidak menjalar ke lapisan overlay atau HMA baru.

Proses pencegahan retak dilakukan dengan memberikan suatu lapisan pemisah (bond breaker) atau pemutus ikatan antara HMA lama dan HMA baru. Hal ini memungkinkan karena lapisan overlay dianggap sebagai suatu slab yang terbentang diatas slab lain dan tegangan geser pada laisan overlay dianggap tidak tersebarkan ke lapisan eksisting.

(25)

Perencanaan overlay tanpa pemisah (bonded overlays) dengan pemberian

tekanan khusus untuk peningkatan kondisi struktural perkerasan

eksisting

Pada pemodelan overlay tanpa pemisah diantara HMA lama dan baru ini (kedua lapisan menjadi satu kesatuan), umur struktur perkerasan eksisting dipertimbangkan. Untuk mendapatkan umur struktur perkerasan eksisting yang cukup, dilakukan pengurangan tegangan dan tingkat regangan diperkerasan eksisting (peningkatan kondisi struktural) sampai sedemikian rupa sehingga regangan dan tegangan pada lapisan overlay tidak mengalami penambahan dari HMA lama.

Gambar 2.4 Konsep perencanaan overlay tanpa pemisah (bonded overlays)

Perencanaan overlay tanpa pemisah (bonded overlays) dengan pemberian

tekanan khusus untuk pengurangan retakan (cracking)

Pada perencanaan overlay ini, sama seperti diatas bahwa HMA lama dan baru dianggap satu kesatuan yang terikat tanpa terjadi slip dipertemuan kedua lapisan tersebut. Namun yang membedakan adalah pengaruh retak diperkerasan eksisting.

(26)

model desain ini lebih mengecek pada kecepatan rambatan retak yang menyebabkan terbentuknya bayangan retak (reflection cracking) dilapisan overlay.

Gambar 2.5 Refleksi retak (reflection cracking) pada overlay

Perhitungan Empiris

Retak pada perkerasan (fatigue cracking), dan rusak alur (rutting) adalah dasar kerusakan dalam perhitungan tebal overlay pada perkerasan lentur[7]. Hasil perhitungan empiris tersebut digunakan sebagai pengontrol tebal lapis overlay yang dibutuhkan. Besarnya nilai beban lalu lintas yang diijinkan sampai mencapai salah satu kriteria kegagalan struktur perkerasan harus lebih besar daripada beban yang terjadi selama periode rencana struktur perkerasan, maka dari perhitungan empiris tersebut akan diperoleh ketebalan overlay yang cukup.

Kriteria kegagalan retak

Kerusakan retak fatig meliputi bentuk perkembangan dari retak dibawah beban berulang dan kegagalan ini biasanya ditemukan saat permukaan perkerasan tertutup oleh retakan dengan persentase yang tinggi.

Rumus umum untuk kriteria kerusakan retak adalah sebagai berikut: 2

) / 1 (

1 K

f K

(27)

Dimana:

Nf : jumlah beban berulang penyebab kerusakan ε : regangan awal pada pengulangan beban ke-200 K1, K2 : koefisien regresi

Apabila regangan tarik digunakan, rumus umum kriteria kegagalan retak fatig menjadi: ₍ ₎ ₍ ₎ 3

Nf : jumlah beban berulang ijin untuk mencegah retak fatig εt : regangan tarik horizontal di bawah lapisan aspal E1 : modulus elastisitas lapisan AC

f1, f2, f3: konstanta yang ditentukan di laboratorium uji fatig.

Model retak Asphalt Institute (AI)

Berdasarkan hasil AASHTO road test, Asphalt Institute (1982) mengembangkan model retak fatig berikut untuk perkerasan lentur:

854

εt : regangan tarik di bawah lapisan aspal (AC)

E1 : modulus resilient lapisan AC

Model perencanaan retak SHELL

(28)

363

bE1 : modulus resilient lapisan AC

Model retak Finn et al.

Finn et al. (1977) mengembangkan model fatig berikut untuk perkerasan lentur:

))

E1 : modulus resilient lapisan AC

Kriteria kegagalan alur

Kerusakan alur perkerasan lentur, secara umum dirumuskan sebagai

berikut: ₍ ₎ 5

Nd : jumlah beban ijin untuk membatasi deformasi permanent εc : regangan tekan di atas lapisan subgrade

f4, f5 : konstanta yang ditentukan dari test jalan atau dsb.

Model rutting Asphalt Institute (AI)

(29)

477

Dimana: Nf : jumlah beban ijin untuk membatasi deformasi permanent εv : regangan vertical maksimum di atas subgrade

Model rutting SHELL

Berdasarkan hasil uji jalan AASHTO, manual perencanaan Shell mengembangkan persamaan regangan pada subgrade sebagai berikut:

0

Nf : jumlah beban ijin untuk membatasi deformasi permanent εv : regangan vertical maksimum di atas subgrade

Model rutting Finn et al.

Finn et al. Mengembangkan model rutting ini untuk perkerasan lentur dengan menggunakan jumlah repetisi beban 18-Kip ESAL, tegangan tekan vertikal, dan defleksi permukaan sebagai berikut:

• Lapisan AC < 152 mm (6 in):

(30)

σc : tegangan tekan vertikal pada pertemuan AC dan subbase

atau subgrade

Parameter Tebal Overlay

Secara umum metode perencanaan tebal lapis tambah (overlay) dengan mekanistik-empiris dihitung dari input data beberapa faktor[16], yaitu: faktor umum, faktor struktur perkerasan terpasang (existing), faktor lalu lintas (traffic

data), dan faktor musiman. Seluruh faktor tersebut merupakan parameter untuk

mendapatkan hasil tebal overlay yang dibutuhkan, dan bagian-bagian yang terdapat dalam faktor ini diuraikan sebagai berikut[16]:

Faktor Umum (General)

 Beban roda rencana (design tire load)  Tekanan roda rencana ( design tire pressure)  Jarak roda gandar (dual spacing)

Faktor Struktur Perkerasan Terpasang (Existing)

 Ketebalan tiap lapisan perkerasan terpasang mulai dari lapis permukaan (surface course) sampai subgrade.

 Jenis material yang digunakan pada tiap lapisan struktur perkerasan.  Nilai Poisson’s Ratio dari tiap lapisan perkerasan.

(31)

Faktor Lalu Lintas (Traffic)

 Besar nilai ekivalensi beban sumbu standar tunggal (ESAL) selama umur rencana.

 Jumlah lajur pada 1 arah jalan sebagai penentu faktor distribusi lajur.  Umur rencana/ masa layan.

 Pertumbuhan lalu lintas tahunan (%)

 Persentase truk (truck percentage) pada LLHR (lalu lintas harian rata-rata)

Faktor Musiman (Seasonal)

 Temperatur perkerasan dalam waktu yang tertentu.

 Temperatur udara yang merupakan rata-rata suhu udara di lokasi dalam periode waktu tertentu.

 Faktor muka air tanah yang dimaksudkan kepada musim kemarau dengan muka air rendah atau musim hujan dengan keadaan muka air tinggi.

Parameter khusus

Masing-masing parameter tersebut diatas mencakup data-data baik yang diperoleh dari lapangan melalui survey dan pengukuran dilapangan ataupun data yang ditentukan oleh perencana atau hasil perhitungan dari laboratorium. Dan dari berbagai parameter diatas terdapat beberapa parameter tertentu yang langsung berkaitan dengan perumusan tebal overlay dan kerusakan pada permukaan struktur perkerasan yakni: tekanan roda, modulus lapisan dan beban lalu lintas.

Tekanan roda

(32)

sumbu kendaraan, dimana jumlah tekanan roda dari satu sumbu kendaraan terhadap jalan disebut muatan sumbu. Beban tersebut didistribusikan ke lapisan dibawah lapis permukaan yang kontak langsung dengan roda, bila daya dukung struktur perkerasan tidak mampu menahan muatan sumbu, maka jalan akan rusak.

Sebagian besar metode perencanaan analitis menyatakan beban yang dipikul perkerasan dalam bentuk beban as standart sebesar 80 kN (18.000 lbs)[8]. Dalam proses mekanistik, roda-roda ganda dengan berat tiap roda 20 kN (4500 lbs) bekerja diatas permukaan perkerasan yang membentuk bidang kontak lingkaran, dan tekanan kontak (contact pressure) yang sama nilainya dengan tekanan roda[8]. Angka-angka konfigurasi roda ganda seperti tekanan kontak, jari-jari bidang kontak, dan jarak antar roda adalah ditentukan. Dan nilai konfigurasi tersebut berbeda-beda sesuai dengan prosedur yang dipakai[8]:

 Prosedur Shell

Jari-jari bidang kontak = 105 mm (4.13 in) Jarak antar roda/as ke as = 315 mm (12.40 in) Tekanan kontak/roda = 580 kPa (84.06 psi)  Prosedur University of Nottingham

Jari-jari bidang kontak = 113 mm (4.45 in) Jarak antar roda/as ke as = 376 mm (14.80 in) Tekanan kontak/roda = 500 kPa (72.46 psi)  Prosedur Asphalt Institute

(33)

Modulus lapisan perkerasan

Parameter kekuatan lapisan teratas ditandai dengan nilai modulus elastisitas lapisan berbitumen ini. Semakin tinggi nilai modulus elastisitasnya maka semakin kuat lapisannya. Perhitungan modulus elastisitas lapisan yang biasanya material HMA atau laston (aphalt concrete) ini tergantung dari parameter temperatur perkerasan. Hal ini disebabkan oleh sifat aspal yang viscoelastis dan sensitive terhadap temperatur. Oleh karena itu, perhitungan nilai modulus lapisan teratas (Eac) ini harus dihitung sesuai kondisi temperatur perkerasan jalan tersebut, atau temperatur perkerasan rata-rata tahunan (TPRT).

Modulus resilient lapisan terbawah (subgrade) dapat ditentukan dengan dua cara, antara lain: test laboratorium dan perhitungan backcalculation dari peralatan NDT. Test laboratorium yang biasanya digunakan untuk menghitung modulus tanah dasar ini adalah CBR test atau test R-value (nilai Resistence). Dan untuk perhitungan dengan backcalculation biasanya digunakan program komputer tertentu uang membutuhkan data lendutan hasil uji NDT test di lapangan.

Modulus elastisitas dari lapis permukaan sampai tanah dasar dalam perencanaan tebal overlay dapat diperoleh dengan pendekatan mekanistik empiris. Besarnya nilai modulus lapisan ini bernilai tinggi sampai rendah berturut-turut dari lapisan teratas sampai terbawah. Modulus elastisitas tiap lapisan memiliki beberapa parameter yang dapat mempengaruhi perolehan nilainya yaitu data lendutan perkerasan, perhitungan temperatur perkerasan, dan beban survey yang digunakan pada saat penilaian kondisi eksisting perkerasan dengan alat NDT (non

(34)

Beban lalu lintas

Suatu struktur perkerasan yang terbebani oleh beban lalu lintas yang tinggi dan berulang-ulang akan menyebabkan terjadinya penurunan kualitas jalan. Sebagai indikatornya dapat diketahui dari kondisi permukaan jalan, baik kondisi struktural maupun fungsionalnya yang mengalami kerusakan.

Beban lalu lintas dalam perencanaan overlay perkerasan lentur secara mekanistik-empiris dihitung nilai batas ijinnya hingga menghasilkan salah satu kriteria kegagalan struktural perkerasan. Sehingga tebal overlay yang dibutuhkan mengacu pada besarnya beban lalu lintas yang lebih kecil dari beban lalu lintas ijin tersebut. Beban lalu lintas dinyatakan dalam CESA (cumulative equivalent single axle) yang setara dengan beban standar sebesar 8.16 Ton (80 kN)[15].

8.16 ton

11 cm jarak roda

tekanan angin

(35)

BAB III

PROGRAM EVERSERIES

Umum

Program EVERSERIES merupakan program komputer yang diperuntukkan dalam perencanaan overlay ataupun analisis perkerasan lentur. Program ini dikeluarkan Agustus 2005 oleh Washington State Departement of Transportation (WSDOT).

Dengan tujuan umum merencanakan overlay atau menganalisis perkerasan lentur, program ini memiliki tiga bagian program di dalamnya, antara lain:

• EVERSTRESS • EVERCALC • EVERPAVE

Setiap bagian program Everseries ini menggunakan pemodelan sistem struktur multi-lapisan elastis pada perkerasan lentur, tetapi ketiganya merupakan program terpisah dan mempunyai fungsi atau hasil keluaran yang berbeda.

Seperti halnya Everstress yang dikhususkan pada analisis elastisitas lapisan perkerasan. Dimana hasil keluarannya berupa besarnya nilai tegangan, regangan dan defleksi yang terjadi di dalam struktur perkerasan yang ingin ditinjau.

(36)

Dan Everpave merupakan program kunci dimana penentuan tebal overlay terjadi disini. Sehingga hasil keluarannya berupa tebal overlay yang dibutuhkan disertai dengan prediksi nilai kerusakan yang terjadi, baik itu retak ataupun deformasi.

Untuk perhitungan tebal overlay perkerasan lentur dengan program Everseries, bagian program yang harus digunakan adalah Evercalc dan Everpave, sedangkan Everstress tidaklah begitu diprioritaskan penggunaanya. Hal ini memungkinkan oleh karena fungsi dari Everstress.

EVERSTRESS

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, bagian program dari Everseries ini bertujuan untuk menganalisis struktur perkerasan lentur dengan menggunakan pemodelan struktur sebagai multi-lapisan elastis yang menggunakan nilai modulus, nilai poisson dan ketebalan tiap lapisan untuk perhitungannya.

Analisis perkerasan dari respon perkerasan berupa nilai tegangan, regangan dan defleksi ini dikembangkan oleh Waterways Experiment Station, U.S.

Army Corps of Engineers (WESLEA) dalam program analisis lapisan elastis.

Asumsi – Asumsi

Pendekatan pemodelan lapisan elastis ini memerlukan beberapa asumsi dalam model matematikannya. Asumsi tersebut antara lain[9,17]:

• Lapisan perkerasan memiliki panjang arah horizontal yang tidak terbatas • Lapisan terbawah (umumnya subgrade) memiliki kedalaman yang tak

(37)

• Material tidak mengalami tegangan yang melewati batas elastisnya

Respon Model

Sama halnya dengan respon model yang digunakan umumnya pada metode mekanistik, demikian program everseries ini menggunakan respon tegangan, regangan dan defleksi untuk menganalisis struktur perkerasan lentur.

Setiap proses iterasi yang terjadi menggunakan hubungan tegangan dan modulus dan tiap iterasi analisis perkerasan tersebut terjadi perhitungan modulus, perbandingan modulus dan penyesuaian modulus hingga didapat besarnya nilai tegangan, regangan, dan defleksi.

EVERCALC

Dalam pemodelan sistem struktur perkerasan multi-lapisan, perhitungan modulus masing-masing lapisan dari struktur perkerasan eksisting/terpasang tidaklah mudah secara empiris, sehingga solusi untuk masalah ini adalah penggunaan proses iterasi. Tujuan iterasi yang dilakukan pada evercalc berbeda dengan iterasi pada everstress, dimana pada evercalc iterasi ini bertujuan mendapatkan nilai modulus lapisan. Yang menjadi penghubung dalam menentukan nilai modulus tiap lapisan struktur perkerasan eksisting ini adalah data lendutan hasil survey alat FWD (lendutan pengukuran) dengan lendutan yang dihitung secara teoritis oleh program (lendutan perhitungan).

Dalam program ini, suatu rumusan digunakan untuk mengkontrol nilai lendutan hasil perhitungan dan pengukuran yang dinamakan dengan root mean

square (RMS). Sehingga, apabila terjadi ketidakcocokan pada hasil lendutan

(38)

toleransi yang diijinkan, ataupun jumlah proses iterasi telah mencapai batas akhir program, maka hal ini dikenali sebagai root mean square error (RMS error). Dan umumnya besarnya nilai RMS cukup 1 s/d 2 persen, diluar itu tidaklah dapat diterima. Demikianlah program evercalc melakukan proses iterasi sehingga hasil nilai modulus yang tidak masuk akal dapat dihindari.

EVERPAVE

Program ini memiliki banyak parameter yang dibutuhkan dalam perhitungannya dengan pemodelan lapisan sistem struktur multi-lapisan elastis. Dan modulus hasil perhitungan program evercalc dibutuhkan sebagai masukan untuk hasil tebal overlay dengan Everpave bila nilai modulus lapisan yang digunakan didasarkan pada perolehan data lendutan di lapangan.

Pemodelan Lapisan Perkerasan

(39)

Lapisan 1 , E_V1 = E_H1 dan n_V1 = n_H1

Lapisan 2 , E_V2 = E_H2 dan n_V2= n_H2

Subgrade

Gambar 3.1 Kriteria Lapisan Homogen dan Isotropis

Pemodelan Pertemuan Antar Lapisan

Pemodelan lapisan perkerasan juga tergantung pada kondisi gesekan (faktor slip) antar lapisan berbitumen. Kondisi gesekan antar lapisan ini biasanya dianggap tidak terjadi slip (no slip) antar lapisan.

Pada program everseries bagian everstress, faktor slip ini ikut dipertimbangkan dalam analisis struktur perkerasan, dimana program everseries menyediakan interval nilai faktor slip dari 0 sampai 1000. Nilai 0 diberikan untuk kondisi full slip pada interface lapisan (titik pertemuan dua lapisan), nilai 1 diberikan untuk kondisi yang dianggap tidak terjadi slip antar lapisan, sedangkan 2-1000 diberikan untuk kondisi antar lapisan bila terjadi slip sebagian.

AC overlay

Unbound Base Layer

Subgrade Layer

interface 1 AC lama

(40)

Kriteria Desain Overlay

Dalam mendesain overlay, yang digunakan sebagai kriteria perencanaan adalah kriteria kegagalan perkerasan. Ada dua jenis kegagalan perkerasan yaitu kegagalan fungsional dan kegagalan struktural[2]. Kegagalan fungsional terjadi saat perkerasan suatu jalan raya tidak lagi mampu menampung lalu lintas dengan keamanan dan kenyamanan seperti yang direncanakan. Sementara kegagalan struktural merupakan petunjuk kerusakan pada satu atau lebih komponen dalam struktur perkerasan.

Program Everpave adalah program penutup sekaligus penentu dalam perencanaan overlay perkerasan lentur berdasarkan analisis mekanistik. Proses analisis mekanistik yang dimaksud adalah perencanaan overlay yang menggunakan kriteria kegagalan struktur. Kegagalan struktur yang terdapat dalam program Everpave ini didasarkan pada dua jenis yaitu; kriteria kegagalan deformasi (rutting) dan kriteria kegagalan retak (fatig cracking).

Program komputer dengan analisis lapisan elastis akan membantu menghitung besar tegangan, regangan dan defleksi secara teoritis setiap tempat dalam struktur perkerasan. Dan terdapat beberapa titik kritis yang sering digunakan untuk analisis perkerasan, sebagai berikut:

Tabel 3.1 Analisis Titik Kritis di dalam Struktur Perkerasan[17] Lokasi/Titik Respon Kegunaannya

Permukaan Perkerasan Defleksi

Berguna untuk menjatuhkan beban yang dibatasi selama desain overlay Di bawah lapisan HMA Regangan Tarik

Horizontal

Berguna untuk prediksi kegagalan Retak Fatig pada HMA

(41)

(Base atau Subbase) kegagalan rutting pada base atau subbase Di atas Subgrade Regangan Tekan Vertikal

Berguna untuk prediksi kegagalan rutting pada subgrade

Untuk penggambaran letak dari setiap titik kritis dalam struktur perkerasan lentur diberikan pada Gambar 3.3 berikut ini:

Keterangan Gambar 3.3:

1. Defleksi Permukaan Perkerasan

2. Regangan tarik horizontal di bawah lapisan berbitumen 3. Regangan tekan vertikal di atas lapisan Base

4. Regangan tekan vertikal di atas lapisan Subgrade

Catatan: kriteria kerusakan diperiksa di bawah satu roda dan di antara kedua roda Gambar 3.3 Titik kriteria kerusakan - Program Everpave[16]

Beban tiap roda = 4,500 lb

Retak Lelah – Di bawah overlay AC baru

Rutting –

Di atas Lapisan Tanah Dasar

(42)

Kriteria Deformasi (Rutting)

Alur tapak roda (wheel-track rutting) dikontrol dengan membatasi regangan tekan arah vertikal dan deformasi permanent pada tanah dasar. Agensi internasional Asphalt Institute (1982) memberikan batasan kegagalan/failure akibat deformasi tanah dasar sebesar 13 mm[8].

Pada Asphalt Institute MS-1 edisi ke-9, kriteria rutting yang digunakan adalah diperoleh dari analisa perencanaan perkerasan dengan prosedur California dan metode Chevron. Besarnya nilai rutting tidak boleh melampaui 13mm(0.5 in), dengan anggapan bahwa komponen dari struktur perkerasan direncanakan dengan baik[8].

Gambar 3.4 Tampilan kegagalan rutting pada perkerasan jalan Kriteria rutting pada program Everpave ini diambil dari Asphalt Institute[16]:

4843 . 4 2

10 05 . 1

   

 

= −

v f

e x

(43)

Dimana:

Nf = angka ijin dari single axle 8000 lb (80 kN) agar rutting pada permukaan perkerasan tidak lebih dari 0.5 inchi (12.7 mm)

ev = regangan vertikal tekan di atas lapisan tanah dasar

Gambar 3.5 Limitasi kriteria regangan rutting pada tanah dasar[17]

Persamaan konstanta rutting untuk program Everpave diberikan sebagai berikut:

b V

r a

N = ε (3.3)

atau logN_r =loga+blogε_V (3.4) keterangan:

Nr = Beban yang menyebabkan kerusakan rutting, jumlah beban untuk kerusakan rutting pada tanah dasar mencapai 0,5 inchi. (13mm).

εv = Tegangan vertical tekan (vertical compressive strain) di bagian atas

(44)

Nilai a dan b adalah negatif dan tanda negatif tersebut harus disertakan pada saat memasukkan nilai ke dalam persamaan.

Nilai konstanta untuk a dan b adalah 1.077E+18 dan -4.4843, sehingga:

(

)

V

r E

N log1.077 18 4.4843logε

log = − (3.5)

Kriteria Retak (Fatigue Cracking)

Banyak persamaan yang telah dikembangkan untuk menghubungkan jumlah repetisi beban terhadap kerusakan retak pada perkerasan lentur dengan lapis permukaan aspal beton (AC/HMA)[17]. Dan kebanyakan nilainya tergantung pada besarnya regangan tekan horizontal di bawah lapisan HMA (εt) dan modulus elastis dari HMA[17].

Mekanisme yang digunakan untuk kerusakan pada permukaan perkerasan yang berupa retak adalah dengan mengontrol regangan tekan arah vertikal pada permukaan tanah dasar/subgrade[8].

Gambar 3.6 Tampilan kegagalan retak di permukaan perkerasan[17]

Kriteria kerusakan retak lelah berdasarkan laboratorium Monishmith, yaitu berdasarkan model dan yang berikutnya merupakan karya Finn dan Mahoney[16].

(45)

Nfield = beban yang diaplikasikan pada tegangan konstan untuk menghasilkan jumlah retak lelah

Nlab = berkaitan dengan data laboratorium



SF = Shift faktor yang berkisar antara 4 sampai 10, tergantung tebal HMA

Hasil aplikasi Nfield diperkirakan sekitar 10 persen atau kurang dengan retak lelah di sekitar lokasi jalan roda. Model Finn berdasarkan kerja laboratorium Monismith dan hasil pengujian AASHTO adalah:



Dimana: Nf = angka yang menunjukkan as untuk menghasilkan retak fatigue kurang dari 10 persen di daerah roda

εt = regangan tarik horizontal di bawah lapisan aspal Eac = Modulus lapisan aspal (psi)

(46)

Gambar 3.7 Pembatasan regangan horizontal kriteria retak[17] Dan persamaan konstanta fatig cracking dalam Everpave adalah:



Nf = Beban yang menyebabkan kerusakan fatigue, jumlah beban untuk perkerasan mencapai 10 persen alligator cracking.

SF = Faktor peubah

εt = Nilai tangensial regangan dibagian bawah lapisan HMA (micron, 10-6) EHMA = Modulus HMA (Hot Mix Asphalt)

a = Konstanta

(47)

Nilai b dan c adalah negatif dan tanda negatif ini harus disertakan pada saat memasukkan nilai. Tekanan Atmosfer dalam satuan yang sama dengan tegangan (14.696 psi atau 101.4 kPa).

Nilai yang sudah ada untuk a, b, dan c adalah 2.428E+16, -3.291, dan -0.854, mengacu dari persamaan yang asli:



Dan berikut ketentuan untuk shift factor pada Everpave: Tabel 3.2 Klasifikasi Shift Faktor[16] Shift Faktor Keterangan

4 Tebal HMA > 200mm (8 in)

7 Tebal HMA antara 100 - 200 mm (4 - 8 in) 10 Tebal HMA < 100 mm (4 in)

Data Masukan (Input Program)

Banyaknya parameter yang diperlukan sebagai masukan dalam program Everpave menyebabkan diperlukannya pengelompokan parameter tersebut secara garis besar. Secara umum, masukan program ini terdiri dari tiga bagian, antara lain; data umum, data lalin (lalu lintas), dan data perkerasan.

(48)

Input Data Properti Material Variasi Musiman Lalu Lintas

Asumsi Tebal Perkerasan

Menghitung volume lalu lintas musiman

*Menentukan properti material

musiman

*Analisis Struktur Perkerasan

(Ev, Ee)

*Menghitung masa layan (Nf, Nr)

*Menentukan ratio kerusakan

Menghitung jumlah rasio kerusakan ( Sum of Damage Ratio, SDR)

Tambah tebal

overlay SDR<1

Menghasilkan desain overlay

No Yes

Gambar 3.8 Alur Program Everpave[16]

Data Umum

(49)

Khusus untuk variasi musiman, Everpave memberikan standar musiman sesuai dengan keadaan musim di Washington, USA atau sebagian besar negara-negara Eropa dimana terdapat 4 musim yaitu semi (spring), panas (summer), gugur (fall), dan dingin (winter). Tetapi hal ini tidak menghambat perhitungan Everpave bagi daerah dengan 2 musim saja, karena faktor musiman bisa disesuaikan dengan memasukkan angka satu (1) apabila tidak ada salah satu atau lebih variasi musiman diantara keempat musim tersebut diatas.

Data Lalu Lintas

Data lalu lintas pada Everpave memberikan pilihan tipe perhitungan lalu lintas rencana yang akan digunakan. Pengguna dapat memilih satu dari tiga data lalu lintas yang disediakan program ini. Pilihan tersebut antara lain; 18KESALs untuk periode rencana tertentu, 18KESALs per tahun, atau Lalu Lintas Harian Rata-Rata (average daily traffic). Setiap pilihan tersebut membutuhkan masukkan yang umumnya berupa distribusi lajur jalan raya, pertumbuhan lalu lintas per tahun, dan umur rencana (design period). Khusus penggunaan data lalu lintas LHR diperlukan data faktor truk dan persentase truk.

Data Struktur Perkerasan

Pada data struktur perkerasan diperlukan beberapa asumsi dari pengguna Everpave, seperti tebal overlay perkiraan awal, modulus AC overlay dalam keadaaan temperatur standar, nilai poisson lapisan overlay yang direncanakan dan penambahan tebal overlay untuk proses iterasi.

(50)

eksisting, tebal tiap lapisan eksisting (cm), dan modulus tiap lapisan yang diperoleh dari proses backcalculation (MPa), dimana untuk lapisan permukaan modulus yang dipakai adalah modulus dalam keadaan temperatur standar, dan modulus lapisan lainnya sesuai dengan nilai keluaran program evercalc.

Data Keluaran (Output Program)

Setelah semua data yang diperlukan terpenuhi, maka proses iterasi akan berjalan sesuai perintah pengguna program Everpave dan menjalankan analisis perkerasan. Ada empat jenis keluaran dari program ini. Pertama, petunjuk nilai modulus yang digunakan setelah dikoreksi terhadap variasi musiman.

Kedua, angka kritis dari regangan tarik di AC baru dan AC lama, regangan tekan pada subgrade dan defleksi permukaan maksimal yang dihitung tiap musim. Faktor musiman yang diberikan mengacu pada musim yang ada di Washington D.C yaitu sebanyak 4 musim. Tetapi hal ini tidak menghalangi proses perhitungan pada daerah dengan 2 musim.

Ketiga, tingkat kerusakan yang ditimbulkan oleh regangan-regangan di titik-titik kritis dalam struktur perkerasan, yaitu kerusakan retak di permukaan AC baru dan AC lama, dan deformasi (rutting) pada subgrade. Nilai kerusakan ini dihitung dari asumsi tebal overlay yang diperkirakan diawal, lalu proses iterasi terjadi, guna mengurangi nilai kerusakan yang terjadi tersebut.

(51)

mendekati satu (1), maka tebal overlay yang dibutuhkan adalah sama dengan tebal overlay perkiraan awal yang dimasukkan oleh pengguna.

Tahapan Perhitungan Everpave

Proses perhitungan tebal overlay pada program Everpave dilakukan melalui beberapa tahapan, sebagai berikut[18]:

− Proses backcalculation dari data FWD yang menghasilkan modulus tiap lapisan

− Analisis dan tentukan hasil dua parameter kriteria kegagalan.

• Fatigue cracking : logNf =14.82−3.291log(εt)−0.854log(Eac)

• Rutting : 18 4.4843

) ( 10 077 . 1

logNf = x εv −

− Menghitung beban repetisi batas (ijin) untuk kegagalan struktur pada tiap musim

− Menghitung kerusakan yang terjadi tiap musim dan nilai total kerusakan musiman

(52)

BAB IV

APLIKASI PERHITUNGAN DENGAN

PROGRAM EVERPAVE

Penyajian Data

Perkerasan lentur pada stasiun tertentu suatu ruas jalan diukur kondisi struktur perkerasannya dengan dilakukan pengukuran lendutan pada permukaan jalan melalui alat NDT (non-destructive testing). Hasil pengukuran lendutan bertujuan untuk mendapatkan nilai modulus lapisan perkerasan. Untuk mencapai tujuan penulisan ini, data lendutan pengujian dilapangan disajikan berdasarkan data sekunder, tetapi proses backcalculation tidak lagi disajikan dalam penulisan ini, dan data modulus lapisan perkerasan dari pengukuran lendutan yang akan digunakan.

Struktur perkerasan asli dimodelkan sebagai sistem 3 lapisan yang terdiri dari lapisan permukaan HMA (hot mix asphalt), lapisan pondasi batu pecah, dan tanah dasar (subgrade). Setelah terjadi penurunan kondisi selama masa layan, struktur perkerasan tersebut akan diberi lapisan tambahan berupa HMA. Kebutuhan tebal overlay direncanakan dengan metode mekanistik-empiris yang menganggap lapisan perkerasan merupakan multi-lapisan elastis, dan kondisi pertemuan antara lapisan HMA lama dan HMA baru adalah terikat sepenuhnya (full bonded) yang berarti dianggap tidak terjadi slip antara kedua lapisan tersebut.

(53)

Variasi modulus lapisan perkerasan

Penentuan nilai variasi modulus lapisan perkerasan diambil dengan cara mengikuti pola perubahan nilai modulus lapisan struktur perkerasan jalan tol Jakarta – Cikampek ruas Bekasi Barat – Bekasi Timur[13]. Berikut ini disajikan data-data jalan tol Jakarta – Cikampek[13]:

 Terdiri dari 2 jalur: jalur A (arah Jakarta ke Cikampek) dan jalur B (arah Cikampek ke Jakarta)

 Tahun pertama dibuka : 1988 (ruas Airport Halim – Cibitung)  Panjang jalan : 25 km (25000 m)

 Umur rencana : 20 tahun  Faktor pertumbuhan : 7.5 %

 Beban rencana, 20 tahun : 4.95 x 106 ESAL/lajur

 Data struktur perkerasan asli “as built drawing” tahun 1988:

LAYER Compacted to 95% T-180D

(54)

 Data struktur perkerasan terpasang tahun 2005:

Overlay (AC 50 mm) Overlay (AC 50 mm) Lapisan permukaan (AC 50 mm)

Lapis Pondasi Atas (ATB 150 mm)

Lapis Pondasi Bawah (CSB 370 mm)

Subgrade

Data lendutan stuktur perkerasan

Perhitungan modulus lapisan pada jalan tol Jakarta – Cikampek didasarkan pada data lendutan dilapangan dengan alat NDT (nondestructive

testing) yaitu alat FWD (falling weight deflectometer). Berikut ini adalah data

lendutan jalan tol Jakarta – Cikampek:

Tabel 4.1 Lendutan perkerasan jalur A[13]

Sta Beban (kN)

Teg (kPa)

Lendutan langsung (0.001 mm)

Temp. udara & pada masing - masing jarak terhadap pusat beban

(55)

Sta Beban (kN)

Teg (kPa)

(56)

Sta Beban (kN)

Teg (kPa)

(mm)

Tabel 4.2 Lendutan perkerasan jalur B[13]

Sta Beban (kN)

Teg (kPa)

(57)

Sta Beban (kN)

Teg (kPa)

(58)

Modulus lapisan perkerasan

Dari data lendutan hasil pengukuran di lapangan tersebut, maka dengan bantuan program Everseries bagian Evercalc dilakukan perhitungan modulus elastisitas tiap lapisan struktur perkerasan. Input yang dibutuhkan untuk menjalankan program tersebut antara lain:

 Pemodelan lapisan : 3 lapis  Lapis keras (stiff layer) : tidak ada  Jumlah sensor : 7 sensor

 Radius offset (mm) : 0; 200; 300; 450; 600; 900; 1500  Nilai poisson (dari lapis atas) : 0.35; 0.40; 0.45

 Tebal lapisan (dari lapis atas) : h1 = 30 cm; h2 = 37 cm; h3 = ∞  Contoh perhitungan modulus lapisan

Data lendutan pada jalur B:

Sta Beban (kN)

Teg (kPa)

Temp. udara & pada masing - masing jarak terhadap pusat beban (mm)

0 200 300 450 600 900 1500 perkerasan (°C) d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 Tu Tp 13.450 40.69 576 114 91 81 70 58 39 22 25 32 13.500 40.91 579 88 69 62 54 46 34 21 25 32

 Hasil keluaran program Evercalc sebagai berikut:

Station Load (N) E1 (MPa) E2 (MPa) E3 (MPa)

13450 40690.0

Tebal (cm) 30.0 37.0 ∞ 5024.8 219.3 354.2

13500 40910.0

(59)

Perbandingan nilai modulus lapis pondasi dan subgrade terhadap modulus

lapisan aspal

Setelah nilai modulus lapisan perkerasan diperoleh dari data lendutan di lapangan, maka proses berikutnya adalah penggunaan nilai modulus tersebut untuk menentukan persentase perbandingan nilai modulus lapisan pondasi (E2) dan nilai modulus lapisan subgrade (E3) terhadap nilai modulus aspal (E1). Dimana hasil perbandingan tersebut digunakan sebagai dasar penentuan modulus lapis pondasi (E2) dan subgrade (E3) pada pemodelan perkerasan yang lain. Berikut ini disajikan perhitungan persentase perbandingan nilai modulus tersebut:

Tabel 4.3 Pola perubahan modulus jalur A

No.

Hasil Evercalc jalur A

(60)

No.

Hasil Evercalc jalur A

sta. E1 (MPa) E2 (MPa) E3 (MPa) E2 % E3 %

Tabel 4.4 Pola perubahan modulus jalur B

No.

Hasil Evercalc jalur B

sta. E1 (MPa) E2 (MPa) E3(MPa) E2 % E3 %

1 13450 5024.8 219.3 354.2 4.36 7.05

(61)

No.

(62)

No.

sta. E1 (MPa) E2 (MPa) E3(MPa) E2 % E3 %

Rata-rata perubahan E2 terhadap E1 (jalur A dan jalur B) adalah =

jumlahdata

Rata-rata perubahan E3 terhadap E1 (jalur A dan jalur B) adalah =

jumlahdata

(63)

3000 MPa, 4000 MPa, dan 5000 MPa. Maka variasi modulus lapisan dari empat tipe perkerasan diberikan sebagai berikut:

Tabel 4.5 Variasi modulus lapisan Tipe I Tipe II Tipe III Tipe IV

E1 2000 3000 4000 5000

E2 167.8 251.7 335.6 419.5

E3 153 229.5 306 382.5

Variasi beban lalu lintas

Dalam perencanaan tebal overlay, struktur perkerasan direncanakan akan memikul beban lalu lintas rencana. Untuk analisis pengaruh beban lalu lintas terhadap tebal overlay, besarnya beban lalu lintas rencana (CESA) yang akan dipikul struktur perkerasan lentur tersebut dalam suatu periode desain divariasikan yakni: 1x106, 2.5x106, 5x106, 7.5x106 dan 1x107.

Variasi tekanan roda

Tekanan roda pada spesifikasi beban berbeda-beda tergantung pada prosedur yang digunakan. Setiap prosedur perencanaan memiliki ketetapan nilai tekanan roda tersendiri. Dalam aplikasi perhitungan ini, nilai tekanan roda didasarkan pada ketetapan Asphalt Institute yaitu: jarak roda 34.5 cm dengan tekanan roda 483 kPa (70 psi), dan divariasikan dengan 1035 KPa (150 psi) dan 1380 KPa (200 psi).

Perhitungan Tebal Overlay

(64)

a. Data umum

Tabel 4.6 Data-data umum

Variasi tekanan roda

Keterangan TR 1 TR 2 TR 3

b. Data lalu lintas

Tabel 4.7 Data lalu lintas

Variasi beban Koef. 80 kNESALs

lalu lintas rencana distribusi selama periode desain

BL 1 0.5 1,000,000

BL 2 0.5 2,500,000

BL 3 0.5 5,000,000

BL 4 0.5 7,500,000

BL 5 0.5 10,000,000

c. Data perkerasan

Tabel 4.8 Data perkerasan eksisting masing-masing tipe perkerasan

(65)

Setiap tipe perkerasan memikul beragam beban lalu lintas dan pengaturan tekanan roda. Proses iterasi oleh program Everpave memberikan hasil tebal overlay setiap kombinasi variabel atau hasil output Everpave yang dapat dilihat pada bagian lampiran. Sedangkan seluruh hasil perhitungan tebal overlay dari kombinasi variabel tekanan roda, beban lalu lintas dan modulus lapisan perkerasan dirangkum pada tabel berikut ini:

Tabel 4.9 Hasil kombinasi variabel terhadap tebal overlay

Tebal overlay, cm

Variabel Tipe perkerasan

TR BL I II III IV

1

1 3 3 3 3

2 7 3 3 3

3 12 6 3 3

4 14.5 8.5 4 3

5 16.5 11 6 3

2

1 4.5 3 3 3

2 9 5 3 3

3 13 8 5 3

4 16 10.5 7 4.5

5 18 12.5 8.5 6

3

1 8 3 3 3

2 11.5 5.5 3.5 3

3 14 9 5.5 3.5

4 16 11 7.5 5.5

5 18 12.5 9 6.5

Pengaruh variasi beban lalu lintas

(66)

Tabel 4.10 Persentase perubahan tebal overlay variasi beban lalu lintas

Tebal overlay, cm

Variabel Tipe perkerasan

TR BL I % up II % up III % up IV % up

*) % up = persentase besarnya kenaikan tebal overlay

Dari variasi beban lalu lintas yang ada, tebal overlay yang dihasilkan berbeda-beda dan menunjukkan penambahan nilai seiring penambahan beban lalu lintas. Hal ini sudah seharusnya terjadi karena seiring bertambahnya beban yang akan dipikul suatu struktur perkerasan, maka semakin tebal lapisan perkerasan yang harus diberikan agar dapat memikul beban tersebut.

(67)

Pengaruh variasi tekanan roda

Pengelompokan tebal overlay yang didapat dari variasi tekanan roda diberikan sebagai berikut:

Tabel 4.11 Persentase perubahan tebal overlay variasi tekanan roda

Tipe perkerasan

Dari variasi tekanan roda, hasil yang ditunjukkan diatas menggambarkan peningkatan tebal overlay seiring peningkatan nilai tekanan roda rencana. Seluruh hasil tebal overlay menunjukkan variasi tekanan roda pertama (TR1) memberikan tebal overlay yang paling kecil dan berturut-turut semakin besar diikuti variasi tekanan roda kedua (TR2) dan tekanan roda ketiga (TR3).

(68)

Dan rata-rata seluruh perubahan tebal overlay dari variasi tekanan roda adalah:

Pengaruh variasi modulus lapisan

Pengelompokan tebal overlay yang didapat dari variasi modulus lapisan perkerasan diberikan sebagai berikut:

Tabel 4.12 Persentase perubahan tebal overlay variasi modulus lapisan

Tekanan Roda

(69)

kecil nilai tebal overlay yang dibutuhkan, begitu juga sebaliknya apabila semakin kecil nilai modulus lapisan perkerasan eksisting, semakin tebal lapisan overlay yang dibutuhkan.

Adapun rata-rata seluruh perubahan tebal overlay dari variasi modulus lapisan perkerasan adalah:

% 35 . 28

45 1276

45 442 429 405

= =

+ + =

Analisis Hasil Perhitungan

Setelah melakukan proses perhitungan besarnya persentase perubahan tebal overlay dari variasi beban lalu lintas, variasi tekanan roda dan variasi modulus lapisan perkerasan, maka dapat dilihat bahwa pada variasi beban lalu lintas terjadi perubahan tebal overlay rata-rata 32.56 % dengan tebal overlay yang semakin meningkat seiring meningkatnya beban lalu lintas rencana. Pada variasi tekanan roda, perubahan tebal overlay hanya sebesar 14.77% dengan peningkatan tebal overlay seiring peningkatan nilai tekanan roda. Sedangkan untuk variasi modulus lapisan perubahan tebal overlaynya sebesar 28.35 % dengan nilai tebal overlay yang cenderung turun seiring bertambahnya nilai modulus lapisan.

(70)

Tipe Perkerasan I Beban lalu lintas (1x10^6 ESAL)

T

Gambar 4.1 Grafik hubungan tebal overlay dan beban lalu lintas berdasarkan variasi tekanan roda dan tipe perkerasan 1

Tipe Perkerasan II Beban lalu lintas (1x10^6 ESAL)

T

(71)

Tipe Perkerasan III

Beban lalu lintas (1x10^6 ESAL)

T

Tipe Perkerasan IV

Beban lalu lintas (1x10^6 ESAL)

T

(72)

roda rencana. Sedangkan pengaruh variabel modulus lapisan perkerasan masih lebih besar persentasenya bila bandingkan dengan tekanan roda. Dengan begitu tekanan roda menjadi variabel yang tidak lebih mempengaruhi suatu nilai tebal overlay perkerasan lentur bila dibandingkan dengan variabel beban lalu lintas dan variabel modulus lapisan perkerasan yang ditunjukkan dengan hasil persentase pengaruh tekanan roda adalah yang paling kecil dibandingkan dua variabel lainnya.

Besarnya persentase pengaruh tiap variabel terhadap pengaruh tebal overlay ditampilkan dalam diagram berikut ini:

Persentase pengaruh tiap variabel

Tekanan roda, 14.77% Modulus

lapisan, 28.34%

Lain-lain, 24.32% Beban lalu

lintas, 32.56%

(73)

BAB V

PENUTUP

V.1. Kesimpulan

Berdasarkan analisa dan diskusi, maka didapat beberapa kesimpulan yang dirangkum sebagai berikut:

 Hasil tebal overlay dari variasi beban lalu lintas rencana beragam dan perubahan tebalnya rata-rata sebesar 32.56 % dengan angka tebal overlay yang meningkat seiring meningkatnya beban lalu lintas.

 Dari variasi tekanan roda, perubahan tebal overlay terjadi sebesar 14.77 % dan angka tebal overlay yang diperoleh hasil variasi meningkat seiring bertambah besarnya nilai tekanan roda rencana.

 Variasi modulus lapisan memberikan persentase perubahan tebal overlay sebesar 28.35 % dengan angka tebal overlay yang cenderung menurun seiring meningkatnya angka modulus lapisan perkerasan dan sebaliknya.  Selain variabel modulus lapisan perkerasan, kedua variabel lainnya

menunjukkan hubungan nilai variasi dan perubahan tebal overlay yang berbanding lurus. Dan variabel modulus lapisan perkerasan sebaliknya.

V.2. Saran

(74)

menyangkut perhitungan beban lalu lintas rencana dilakukan sebaik-baiknya.

(75)

DAFTAR PUSTAKA

1. Abaza, A. Khaled,P. E.(2005).Performance-Based Models for Flexible

Pavement Structural Overlay Design. Journal of transportation

engineering, ASCE.

2. Claessen, A.I.M and Ditmarsch, R.Pavement Evaluation and Overlay

Design,The Shell Method. Journal of London Council, Provinciale

Waterstaat Gelderland and Publieke Werken Amsterdam.

3. Ghassan R. Chehab, Khaled A. Galal.The M-E Pavement Design Guide: A

Case Study on HMA Overlays over Fractured PCC Slabs. Pennsylvania

State University.

4. Kosasih, Djunaedi.Metoda Konvergensi dalam Perhitungan Modulus

Perkerasan dari Data Lendutan.Jurnal ITB.Bandung.

5. Kosasih, Djunaedi.(2005).Rekayasa Struktur dan Bahan Perkerasan,

Modul II.Diktat Kuliah Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan

ITB.Bandung.

6. Kosasih, Djunaedi dan Siegfried.Kajian Pengaruh Temperatur dan Beban

Survai Terhadap Modulus Elastisitas Lapisan Beraspal Perkerasan Lentur

Jalan.Jurnal FTSL-ITB.Bandung.

7. Literature Review.(1999).Load Testing of Instrumented Pavement

Section.Departement of Civil Engineering, University of Minnesota.

8. Manurung, Patar.(1995).Optimasi Tebal Perkerasan Lentur Jalan Raya

dengan Program DAMA.Tugas Akhir KK Transportasi Teknik Sipil USU,

(76)

9. Mathew, Tom V.(2007).Introduction to transportation Engineering,

Pavement Design.Transportation System Engineering, Departemen

T.Sipil, Institute of Technology Bombay.India.

10.Molenaar, A.A.A.(1983).Structural Performance and Design of Flexible

Road Constructions and Asphalt Concrete Overlays.DELFT.

11.Muis, Zulkarnain A.(1993).Perencanaan Tebal Perkerasan

Lanjutan.Diktat Kuliah Jurusan Teknik Sipil USU.Medan.

12.Nono, dan Saripudin, Dadang A.(2005).Pedoman Perencanaan Tebal

Lapis Tambah Perkerasan Lentur dengan Metode Lendutan. Badan

Litbang Departemen Pekerjaan Umum.

13.Prasasya, Anindita, dan Ferdian, Tofan.(2008).Perencanaan Tebal Lapis

Tambahan pada Perkerasan Lentur Menggunakan Program Everseries,

(Studi Kasus: Jalan Tol Jakarta-Cikampek, Ruas Bekasi Barat-Bekasi

Timur).Tugas Akhir KK Transportasi Teknik Sipil ITB, Bandung.

14.Sari, Tintan K.(2009).Kajian Perbandingan Tebal Lapis Tambah

(Overlay) Perkerasan Lentur Menggunakan Program Everseries dan

Metode Bina Marga(RSNI 2004):Studi Kasus Tol Jagorawi.Tesis.ITB.

15.Sukirman, Silvia.(1992).Perkerasan Lentur Jalan Raya. Penerbit Nova. Bandung.

16.Washington State Department of Transportation.(2005).EVERSERIES

User’s Guide Pavement Analysis Computer Software and Case Studies.

USA.

17.Washington State Departement of Transportation.(2008).WSDOT

(77)

18.Wu, Zhong, dkk.(2008).Structural Overlay Design of Flexible Pavement

by Non-Destructive Test Method in Louisiana.TRB Annual Meeting.USA,