Abstract. Keywords: Benkelman Beam, Bina Marga 2017, POBB UII, Additional Layer Thickness, Visual Basic 6.0. Abstrak

328

PENGEMBANGAN PERANGKAT LUNAK PERANCANGAN TEBAL LAPIS TAMBAHAN PERKERASAN LENTUR METODE BENKELMAN BEAM MENGGUNAKAN VISUAL

BASIC 6.0

Nur Robbi Hidaya

Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perancanaan

Universitas Islam Indonesia Jl. Kaliurang km 14,5 Yogyakarta Email: nurrobbihidayaa@gmail.com

Berlian Kushari

Dosen Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perancanaan

Universitas Islam Indonesia Jl. Kaliurang km 14,5 Yogyakarta

Email: bkushari@uii.ac.id

Abstract

Benkelman Beam method is used to design an additional layer thickness on a flexible pavement based on the maximum rebound deflection of the pavement that depicts its structural capacity. In terms of facilitating rebound deflection data analysis and ovelay thickness design, this research developed a software using Visual Basic 6.0 based on the procedure and a series of overlay design curves presented in the 2017 Manual Disain Perkerasan Jalan Bina Marga. In addition to the standard curves, 4 intermediate curves namely 7.5x10⁶, 3.5x10⁶, 1.5x10⁶ dan 0.75x10⁶ ESALs curves were added to enable more precision and economical designs. Graphical user interface developed for the software eases the users to conduct trial-and-error procedure in determining suitable layer thickness. Software’s thickness calculation and results had been validated with manual calculations using overlay design data for the cases of Sampaan – Singosaren, Imogiri Barat, and Kowangan – Maron road sections. The validation results showed just 0,1% difference between the software and manual calculations. The software was named "Perancangan Overlay Benkelman Beam – UII” or “POBB – UII”.

Keywords: Benkelman Beam, Bina Marga 2017, POBB – UII, Additional Layer Thickness, Visual Basic 6.0

Abstrak

Metode Benkelman Beam digunakan untuk merancang tebal lapis tambahan pada perkerasan lentur berdasarkan lendutan balik maksimum perkerasan yang menggambarkan kekuatan struktur perkerasan jalan. Untuk memudahkan pengolahan dan analisis data lendutan balik, pada penelitian ini dikembangkan sebuah perangkat lunak menggunakan bahasa Visual Basic 6.0 berdasarkan kurva-kurva disain lapis tambahan pada Manual Desain Perkerasan Jalan Bina Marga 2017. Empat buah kurva disain, yaitu kurva 7,5x10⁶, 3,5x10⁶, 1,5x10⁶ dan 0,75x10⁶ ESAL ditambahkan dalam perangkat lunak untuk mendukung disain tebal lapis yang akurat dan ekonomis. Antarmuka grafis yang dikembangkan memudahkan pengguna untuk melakukan prosedur coba-coba dalam menentukan tebal lapis yang sesuai. Hasil perhitungan perangkat lunak telah divalidasi dengan perhitungan manual menggunakan data disain overlay untuk ruas jalan Sampaan – Singosaren, Imogiri Barat, dan Kowangan – Maron. Validasi menunjukkan bahwa perbedaan perhitungan menggunakan perangkat lunak dengan perhitungan manual hanya sebesar 0,1%. Perangkat lunak tersebut diberi nama “Perancangan Overlay Benkelman Beam – UII (POBB – UII)”.

Kata Kunci: Benkelman Beam, Bina Marga 2017, POBB – UII, Tebal Lapis Tambahan, Visual Basic 6.0

329 PENDAHULUAN

Kondisi struktural perkerasan lentur yang telah menurun sering kali ditandai dengan munculnya berbagai macam kerusakan, seperti retak kulit buaya, alur, lubang dan pelepasan butir yang cukup parah. Salah satu upaya perbaikan kondisi struktural perkerasan lentur adalah dengan pelapisan ulang (overlay). Kebutuhan tebal lapis ulang pada perkerasan lentur dengan beban rencana di bawah 10 x 10⁶ ESAL dapat dihitung menggunakan metode Benkelman Beam. Sementara itu, untuk beban rencana di atasnya disarankan menggunakan pendekatan mekanistik empiris.

Metode Benkelman Beam dikembangkan oleh Western Association of State Highway Organizations (WASHO) Amerika Serikat pada tahun 1952. Dengan metode ini, tebal lapis ulang pada perkerasan lentur dapat diperhitungkan dari nilai lendutan balik (rebound deflection) representatif hasil pengukuran di lapangan menggunakan alat balok Benkelman. Lendutan balik pada perkerasan tersebut terjadi sebagai akibat dari pembebanan truk seberat 80 kN dengan sumbu tunggal roda ganda yang bertekanan angin antara 480 hingga 550 kPa. Sebagai suatu uji standar, metode ini dibakukan pada standar AASHTO T 256 dan ASTM D 4695.

Di Indonesia metode ini diadopsi pada standar SNI 03-2416-1991, pedoman Ditjen Bina Marga Nomor Pd-T-05-2005-B, dan terakhir diadopsi dan disesuaikan dalam Manual Disain Perencanaan Jalan (MDPJ) Bina Marga 2017.

Telah banyak evaluasi kondisi struktural perkerasan lentur di Indonesia yang dilakukan menggunakan metode Benkelman Beam, baik dalam konteks penelitian maupun kegiatan rutin pemeliharaan jalan. Sebagai contoh, Susilo (2017) melakukan evaluasi kondisi struktural pada perkerasan jalan Imogiri Barat, Daerah Istimewa Yogyakarta. Selain itu, Prakoso (2018) melakukan penelitian pada ruas jalan Kowangan – Maron menggunakan metode Pavement Condition Index (PCI) dan metode Lendutan Balik berdasarkan Pd-T-05-2005-B. Beberapa perangkat lunak juga telah dikembangkan untuk membantu perhitungan perencanaan tebal lapis ulang berdasarkan metode ini. Gusmalawati (2016), misalnya, mengembangkan perangkat lunak dengan aplikasi VBA-Excel berdasarkan standar Pd T-05-2005-B. Validasi hasil perhitungan perangkat lunak dalam penelitian tersebut dilakukan dengan perhitungan manual berdasarkan data Jalan Bangunjiwo-

330

Bibis dan Jalan Karangjati sepanjang 2 km. Perbedaan hasil perhitungan menggunakan perangkat lunak dengan hasil perhitungan manual sebesar 0,3 %.

Pada penelitian ini perangkat lunak perancangan tebal lapis tambahan metode Benkelman Beam kembali dikembangkan. Meskipun secara prinsip tidak ada yang sangat berbeda dengan perangkat lunak yang dikembangkan sebelumnya, namun pada penelitian ini perhitungan tebal lapis tambahan dilakukan berdasarkan prosedur dan kurva-kurva standar terbaru yang dimuat di dalam MDPJ Bina Marga 2017. Selain itu, 4 (empat) buah kurva antara telah ditambahkan agar tebal lapis tambahan yang dihasilkan dapat menjadi lebih ekonomis. Perangkat lunak yang selanjutnya disebut sebagai “Perancangan Overlay Benkelman Beam – UII” (POBB – UII) ini dikembangkan dengan bahasa Visual Basic 6.0.

Penelitian ini mempunyai tujuan yaitu mengembangkan perangkat lunak perhitungan tebal lapis tambahan perkerasan lentur dari pengujian Benkelman Beam guna mempermudah sekaligus mempercepat dalam pengolahan data lendutan balik sehingga dapat mengurangi kesalahan dalam proses pengolahan data yang banyak.

Bagian selanjutnya dari makalah ini menyajikan metode tahap-tahap pengembangan POBB – UII serta validasi hasil perhitungannya.

METODOLOGI

Pengembangan perangkat lunak POBB – UII mengadopsi prosedur perhitungan yang disajikan dalam MDPJ Bina Marga 2017. Kurva-kurva disain tebal lapis tambahan dalam manual tersebut direproduksi kembali secar numeris dengan teknik penyetelan kurva (curve fitting). Setelah itu, dikembangkan 4 (empat) kurva antara dengan teknik interpolasi antara dua buah kurva standar.

Keempat kurva tersebut adalah kurva untuk beban rencana 7,5x10⁶, 3,5x10⁶, 1,5x10⁶ dan 0,75x10⁶ ESAL. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan ketelitian perhitungan tebal lapis tambahan, mengingat selisih tebal lapis antara dua kurva yang mengapit kurva-kurva antara tersebut masih cukup tebal, yaitu sekitar 20 mm. Dengan demikian peningkatan ketelitian ini maka hasil perhitungan tebal dapat menjadi lebih ekonomis.

331

Prosedur Perhitungan Tebal Lapis Tambahan menurut MDPJ Bina Marga 2017

Perancangan tebal lapis tambah berdasarkan MDPJ Bina Marga 2017 dilakukan mengikuti beberapa tahapan berikut (Gambar 1).

L

Gambar 1. Perencanaan Tebal Lapis Tambahan berdasarkan MDPJ Bina Marga 2017

Faktor pertumbuhan lalu lintas

Faktor pertumbuhan lalu lintas diperhitungkan berdasarkan data serial pertumbuhan (historical growth data) atau formulasi korelasi dengan faktor pertumbuhan lain yang berlaku. Pertumbuhan lalu lintas selama umur rencana dihitung dengan faktor pertumbuhan kumulatif (cumulative growth factor) berikut.

𝑅 = ^{(1+0,01 𝑖)𝑈𝑅−1}

0,01 𝑖 (1)

Pada Persamaan (1), R, i, dan UR berturut-turut adalah faktor pengali pertumbuhan lalu lintas kumulatif, laju pertumbuhan lalu lintas tahunan (%), dan umur rencana (tahun).

Mulai

Analisis Lalu Lintas

Tebal Overlay Berdasarkan Lendutan Maksimum

Penyesuaian Nilai Pengukuran Lendutan

terhadap Musim

Selesai

332 Lalu lintas pada lajur rencana

Lajur rencana adalah salah satu lajur lalu lintas dari suatu ruas jalan yang menampung lalu lintas kendaraan niaga (truk dan bus) paling besar. faktor distribusi arah (DD) umumnya diambil 0,50 kecuali pada lokasi - lokasi yang jumlah kendaraan niaga cenderung lebih tinggi pada satu arah tertentu.

Faktor ekivalen beban dan beban sumbu standar kumulatif

Dalam desain perkerasan, beban lalu lintas dikonversi ke beban standar (ESA) dengan menggunakan faktor ekivalen beban (vehicle damage factor).

Analisis struktur perkerasan dilakukan berdasarkan jumlah kumulatif ESA pada lajur rencana sepanjang umur rencana. Beban sumbu standar kumulatif atau cumulative equivalent single axle load (CESAL) dihitung sebagai jumlah kumulatif beban sumbu lalu lintas desain pada lajur rencana selama umur rencana (Persamaan 2).

ESATH-1 = (ΣLHRJK x VDFJK) x 365 x DD x DL x R (2)

Pada Persamaan (2), ESATH-1 adalah kumulatif lintasan sumbu standar ekivalen pada tahun pertama, LHRJK adalah lintas harian rata – rata tiap jenis kendaraan niaga (satuan kendaraan per hari), VDFJK adalah faktor ekivalen beban tiap jenis kendaraan niaga, DD faktor distribusi arah, DL faktor distribusi lajur dan R faktor pengali pertumbuhan lalu lintas kumulatif

Tebal lapis tambahan berdasarkan lendutan karakteristik maksimum

MDPJ Bina Marga 2017 menyarankan penentuan tebal lapis tambahan (overlay) dihitung berdasarkan kurva-kurva perencanaan pada Gambar 2. Disain berdasarkan kurva-kurva tersebut dipandang lebih ekonomis untuk kasus Indonesia (Ditjen Bina Marga, 2017) daripada menggunakan Pd T-05-2005 yang telah dimodifikasi menjadi pedoman interim No.002/P/BM/2011. Delapan kurva disain disediakan oleh MDPJ 2017, yaitu untuk beban rencana 0,1 x 10⁶ hingga 10 x 10⁶ ESAL.

333

Gambar 2. Penentuan tebal overlay berdasarkan lendutan balik Benkelman Beam pada MDPJ Bina Marga 2017

Teknik Penyetelan Kurva (Curve Fitting)

Teknik penyetelan kurva digunakan untuk mereproduksi kurva-kurva disain overlay MDPJ 2017 Bina Marga di dalam perangkat lunak. Penyetelan kurva bertujuan untuk mencari kurva terbaik yang mampu merepresentasikan atau menggambarkan hubungan matematika antara x dan f(x). Untuk mengukur kualitas kurva dapat diekspresikan dengan berbagai cara ukuran penyimpangan atau galat (error). Penentuan galat , yang digunakan dalam hal ini mengikuti kriteria kuadrat kesalahan terkecil (least square criterion) sebagai berikut.

ε = ∑^𝑚_𝑖=1(𝑦𝑖 − 𝑦̅(𝑎))² (3)

Kurva-kurva disain overlay pada MDPJ 2017 Bina Marga didekati dengan bentuk polinomial. Untuk persamaan polinomial berode m dengan bentuk:

y = a0 + a1x + a2x² + … + am-1x^m-1 +amx^m (4) dapat dihasilkan persamaan-persamaan berikut ini.

n a0 + a1Σxi + a2Σxi2 + … + amΣxim = Σyi

a0Σxi + a1Σxi2 + a2Σxi3 + … + amΣxim+1 = Σxiyi

a0Σxi2 + a1Σxi3 + a2Σxi4 + … + amΣxim+2 = Σxi2yi

……….…

……….…

a0Σxim + a1Σxim+1 + a2Σxim+2 + … + amΣxim+m = Σximyi (5)

334

atau, dapat disusun dalam bentuk perkalian matriks, sebagai berikut.

[

𝑛 Σxi Σxi² … Σxi^𝑚

Σxi Σxi² Σxi³ … Σxi^𝑚+1 Σxi² Σxi³ Σxi⁴ … Σxi^𝑚+2

… … … … …

Σxi^𝑚 Σxi^𝑚+1 Σxi^𝑚+2 … Σxi^𝑚+𝑚][ 𝑎0 𝑎1 𝑎2

… 𝑎𝑚]

= [

Σyi Σxiyi Σxi²𝑦𝑖

… Σxi^𝑚𝑦𝑖]

(6)

A x = b

Dengan demikian, harga-harga a0, a1, a2, …, am dapat ditentukan secara simultan.

PENGEMBANGAN PERANGKAT LUNAK

Kurva disain tebal lapis tambah

Berdasarkan teknik penyetelan kurva sebagaimana dijelaskan di atas, dihasilkan persamaan-persamaan pada Tabel 1 yang diimplementasikan di dalam perangkat lunak. Adapun kurva-kurva antara untuk beban 7,5 x 10⁶, 3,5 x 10⁶, 1,5 x 10⁶ dan 0,75 x 10⁶ ESAL ditambahkan dengan teknik interpolasi dari dua kurva yang berdekatan dengan tiap-tiap kurva antara tersebut. Gambar 3 menyajikan keduabelas kurva disain overlay yang diimplementasikan di dalam perangkat lunak POBB-UII.

335

Tabel 1. Persamaan Kurva – Kurva Penentuan Tebal Lapis Tambah Beban

Rencana (ESAL)

Persamaan Empiris Hasil Curve Fitting Galat (ε) %

10 x 10⁶ y = -490,000 + 979,444x – 663,889x² + 228,395x³ – 30,86x⁴ 0,210 5 x 10⁶ y = -339,761 + 548,856x – 243,869x² + 50,469x³ – 3,330x⁴ 0,260 2 x 10⁶ y = -493,001 + 875,449x – 530,918x² + 159,341x³ –

18,498x⁴ 0,260

1 x10⁶ y = -527,994 + 928,858x – 591,402x² + 118,398x³ –

23,486x⁴ 0,080

0,5 x 10⁶ y = -282,774 + 308,954x – 67,689x² – 1,489x³ + 1,560x⁴ 0,258 0,3 x 10⁶ y = -900,863 + 1636,066x – 1145,041x² + 379,789x³ –

48,088x⁴ 0,257

0,2 x 10⁶ y = -259,769 + 254,174x – 62,210x² + 5,793x³ 0,199 0,1 x 10⁶ y = -268,118 + 246,852x – 66,202x² + 7,740x³ 0,124

Gambar 3. Kurva – kurva penentuan tebal lapis overlay pada POBB-UII.

Disain Menu, Fitur dan Tampilan Antarmuka

Beberapa tampilan hasil disain perangkat lunak dapat dilihat pada Gambar 4 hingga 9 berikut. Gambar 4 menyajikan tampilan menu utama yang terdiri dari menu Input Data, Analisis Data, Hasil, dan Sistem. Perangkat lunak ini dapat menangani banyak dokumen dan banyak pengguna (multiple document interface).

336

Oleh karena itu, pengguna perlu membuat akun personal untuk melakukan log-in dengan username dan password unik.

Gambar 4. Tampilan Menu Utama

Gambar 5. Tampilan Input Data User dan Input Data Awal

337

Gambar 6. Tampilan Analisis Lalu Lintas

Gambar 7. Tampilan Analisis Benkelman Beam

338

Gambar 8. Tampilan Analisis Tebal Overlay

Gambar 9. Tampilan Hasil Output

339

Gambar 6 menyajikan tampilan analisis lalu lintas. Pada menu ini, nilai-nilai VDF dapat diisikan sesuai dengan data lapangan ataupun mengadopsi nilai-nilai VDF4 atau VDF5 yang disarankan oleh MDPJ 2017 Bina Marga. Analisis data Benkelman Beam dilakukan pada menu berikutnya (Gambar 7). Pada tahap ini akan keluaran di antaranya lendutan rerata, deviasi standar, lendutan representatif (wakil), dan faktor keseragaman (fk).

Penentuan tebal lapis tambah merupakan tahap berikutnya (Gambar 8). Pada antarmuka analisis tebal lapis tambahan, pengguna dapat memilih kurva beban rencana yang terdekat dengan hasil perhitungan CESAL. Kurva ini akan muncul pada grafik (tahap 1). Lendutan wakil dan garis vertikal juga akan muncul pada grafik tersebut (tahap 2). Selanjutnya, dapat melakukan coba-coba (trial and error) tebal lapis dengan cara memasukkan nilai tebal rencana dalam satuan mm dan mengeplotkan pada grafik (tahap 3). Tebal yang diplotkan pada skala vertikal akan memunculkan garis horisontal (tahap 4) yang akan berpotongan dengan garis vertikal dari titik lendutan wakil. Tebal lapis tambahan yang sesuai akan diperoleh apabila titik potong ini telah berimpit secara grafis dengan kurva beban rencana yang ditentukan sebelumnya (tahap 5).

Hasil perhitungan tebal lapis tambah akan disimpan dalam perangkat lunak dan dapat dicetak menjadi dokumen dengan format PDF (Gambar 9).

VALIDASI

Hasil perhitungan menggunakan perangkat lunak POBB–UII telah divalidasi dengan perhitungan manual. Tiga kasus disain lapis tambah digunakan untuk melakukan validasi, yaitu: ruas Sampaan – Singosaren, ruas Imogiri Barat (data dari Susilo, 2018), dan Kowangan – Maron (data dari Prakoso, 2017). Khusus untuk ruas Sampaan – Singosaren, data pengukuran Benkelman Beam dan data lapangan lain diperoleh sebagai data sekunder dari Dinas Pekerjaan Umum, Perumahan, dan Energi Sumber Daya Mineral (PUP-ESDM) Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta.

Perbandingan hasil perhitungan perangkat lunak dan manual disajikan pada Tabel 2.

340

Tabel 2. Perbandingan Hasil Perhitungan Manual dan Perangkat Lunak

Pada Tabel 2 terlihat bahwa hasil perhitungan perangkat lunak dan validasi manual hanya berbeda sebesar 0,1%. Hal ini menunjukkan bahwa perangkat lunak hasil penelitian ini cukup akurat untuk digunakan dalam analisis tebal lapis tambahan perkerasan lentur pada jalan.

KESIMPULAN

Penelitian ini telah menghasilkan perangkat lunak perancangan tebal lapis tambahan untuk perkerasan lentur dengan metode Benkelman Beam menggunakan Visual Basic 6.0. Prosedur disain dan kurva disain overlay menurut Manual Disain Perkerasan Jalan Bina diimplementasikan dalam perangkat lunak ini. Validasi hasil perhitungan tebal lapis tambahan dengan perangkat lunak menunjukkan perangkat lunak ini cukup akurat untuk digunakan dalam analisis tebal lapis tambahan.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dinas PUP-ESDM Daerah Istimewa Yogyakarta atas bantuannya dalam menyediakan data Benkelman Beam ruas jalan Sampaan-Singosaren yang digunakan untuk keperluan validasi perangkat lunak POBB-UII.

POBB Manual Galat ε

(%) POBB Manual Galat ε

(%) POBB Manual Galat ε (%)

1 Beban Rencana ESAL

266.317,88 300.000 0,1 875.175,05 900.000 0,1 1.907.333,02 2.000.000 0,1

2 Lendutan

Wakil 1,51 mm 1,51 mm 0 0,73 mm 0,72 mm 0 1,79 mm 1,79 mm 0

3 Tebal

Overlay 1,7 cm 1,6 cm 0,1

Belum Memerlukan

Perkerasan Overlay

Belum Memerlukan

Perkerasan Overlay

0 9,7 cm 9,8 cm 0,1

No. Aspek

Prakoso (2017) Susilo (2018) Penulis

341 DAFTAR PUSTAKA

Badan Standarisasi Nasional. 2011. Cara Uji Lendutan Perkerasan Lentur Dengan Alat Benkelman Beam. Badan Standarisasi Nasional. Jakarta.

Direktorat Jenderal Bina Marga. 2017. Manual Perkerasan Jalan. REVISI Juni 2017 Nomor 04/SE/Db/2017.

Gusmalawati, P. 2016. Pembangunan Perangkat lunak Perencanaan Tebal Lapis Perkerasan Tambahan Metode Benkelman Beam (BB) Menggunakan Aplikasi VBA-Excel. Tugas Akhir untuk derajat Sarjana Teknik Sipil UMY.

Yogyakarta.

Prakoso, R.A. 2018. Evaluasi Kondisi Perkerasan Lentur Dengan Metode PCI Dan Metode Lendutan Balik Untuk Perbaikan. Tugas Akhir untuk derajat Sarjana Teknik Sipil UII. Yogyakarta.

Sarwidi. 2015. Metode Numerik, Jilid 1 – edisi 01. UII Press. Yogyakarta Susilo, P. 2017. Perencanaan Tebal Lapis Tambah Perkerasan Lentur (Overlay) dengan Metode Lendutan Balik (Studi Kasus: Ruas Jalan Imogiri Barat Kec.

Sewon, Kab. Bantul, DIY). Tugas Akhir untuk derajat Sarjana Teknik Sipil UMY.

Yogyakarta.