PREDIKSI ALUR PADA PERKERASAN LENTUR JALAN RAYA
METODE BINA MARGA NOMOR 02/M/BM/2013 DENGAN
MENGGUNAKAN PROGRAM KENPAVE
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Menempuh
Ujian Sarjana Teknik Sipil
MHD ARIF NUGRAHA
10 0404 015
BIDANG STUDI TRANSPORTASI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Perencanaan desain perkerasan jalan raya, khususnya perkerasan lentur dapat menggunakan metode empiris, metode mekanistik ataupun gabungan keduanya. Metode Bina Marga Nomor 02/M/BM/2013 salah satu metode empiris yang dipakai dalam perhitungan tebal perkerasan lentur jalan raya. Dalam proses desain perkerasan lentur, divariasikan 2 parameter desain yang berhubungan dalam perhitungan tebal perkerasan, yaitu nilai beban kendaraan (ESAL) dan nilai CBR tanah dasar. Masing-masing variasi nilainya untuk ESAL : 2 x 106 ESAL, 20 x 106 ESAL, dan 200 x 106 ESAL, untuk CBR : 2%, 4%, 6%, 8%, dan 10%. Selain variasi nilai ESAL dan CBR, terdapat 2 tipe lapisan perkerasan yang akan didesain, yaitu Tipe A (AC-WC, CTB, CTSB, dan Subgrade) dan Tipe B (AC-WC, CTB, Granular Kelas B, dan Subgrade). Terdapat 30 desain yang akan dipergunakan untuk menghitung tebal perkerasannya.
Setelah didapatkan nilai tebal perkerasan dari masing-masing desain, dengan mempergunakan program KENPAVE, masing-masing desain dengan ketebalannya digunakan untuk mendapatkan nilai regangan dan tegangan. Nilai regangan dan tegangan tersebut dipergunakan untuk menghitung nilai repetisi fatigue dan rutting
dari masing-masing desain perkerasan. Dari nilai repetisi tersebut akan terlihat nilai yang sesuai dengan repetisi beban standar ataupun nilai yang akan mengakibatkan kerusakan pada jalan (failure).
Dari hasil perhitungan nilai repetisi, selanjutnya dengan menggunakan metode mekanistik-empiris akan dihitung kerusakan jalannya, yang dikhususkan untuk kerusakan alur (rutting). Dengan masing-masing desain perkerasan yang berbeda-beda akan menghasilkan variasi kedalaman alur yang berbeda-beda.
Kata Kunci :
KATA PENGANTAR
Bismillaahirrahmaanirrahiim
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas limpahan
rahmat dan karuniaNya saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini mengambil judul: PREDIKSI ALUR PADA PERKERASAN LENTUR JALAN RAYA METODE BINA MARGA NOMOR 02/M/BM/2013
DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM KENPAVE. Tugas Akhir ini merupakan syarat yang diwajibkan bagi mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik.
Pada kesempatan ini, dengan tulus dan kerendahan hati, penulis
menyampaikan rasa hormat dan terima kasih serta penghargaan sebesar-besarnya
kepada bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc. sebagai pembimbing tugas akhir
dan Koordinator Tugas Akhir Bidang Studi Transportasi atas kesediaannya
membimbing, memotivasi, pengarahan, kesediaan waktu dan kesabaran beliau
kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Rasa hormat dan terima kasih yang sama juga penulis tujukan kepada:
1. Bapak Prof.Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Indra Jaya Pandia, MT dan Bapak Ir. Joni Harianto, selaku Dosen
Pembanding/Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang
4. Bapak dan Ibu dosen staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah membekali penulis dengan
berbagai ilmu pengetahuan hingga selesainya tugas akhir ini.
5. Teristimewa untuk kedua orang tua saya Ayah Sutrisno, dan Ibu Jamilah
Hutabarat, atas segala doa, kasih, semangat, dan keikhlasan atas segala
pengorbanannya selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
6. Abang dan adik saya Mhd Ardhiansyah dan Rini Audina yang tak henti
memberikan motivasi, dukungan, dan perhatiannya.
7. Sahabat saya, “Family On The Way” : Mhd Zulkarnain Purba, Dicky Triardi,
Rizka Dhani Anggita Nasution, Fadhilah Ananda, dan Ayunning Tieas, yang
masih menjaga silahturahmi dari jenjang SMP sampai sekarang ini.
8. Teman saya “UNO Bro” : Andry Febriansyah Siregar, Kaka Riad Chofif,
Derry Wiliyanda Nasution, Luthfi Pratama, Muhammad Wihardi, dan Taslim,
yang telah mengisi hari-hari saya dikala susah dan senang.
9. Seluruh teman-teman Teknik Sipil USU 2010. Umik, Naurah, Cika, Dwi,
Cut, Iffah, Jihaddan, Irvan, Uus, Dhaka, Nardis, Maulana, Sahru, Nugraha,
Irul, Umri, Resdi, Samsul, dan teman-teman lainnya yang tidak dapat saya
sebutkan satu persatu, atas segala ketulusan hati dalam memberikan masukan,
Penulis sungguh menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata
sempurna. Karena itu penulis membuka diri terhadap kritikan dan saran bagi
penyempurnaan tugas akhir ini. Dan, akhirnya penulis berharap tulisan ini
memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan khususnya di
lingkungan Departemen Teknik Sipil USU.
Medan, Juli 2015 Hormat saya,
MHD ARIF NUGRAHA
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR NOTASI ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiii
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ... 1
I.2. Perumusan Masalah ... 3
I.3. Batasan Masalah ... 3
I.4. Tujuan ... 4
I.5. Manfaat... 4
I.6. Metodologi Penelitian ... 5
I.7. Literature Review ... 6
I.8. Sistematika Penulisan ... 12
BAB II METODE PERENCANAAN TEBAL PERKERASAN LENTUR II.1. Umum ... 14
II.2. Flexible Pavement (Perkerasan Lentur) ... 20
II.3. Metode Perencanaan Perkerasan Lentur ... 25
II.3.1. Sejarah dan Prinsip Perencanaan Perkerasan Lentur ... 25
II.3.3. Metode Mekanistik ... 30
II.3.4. MetodeMekanistik Empiris ... 30
II.3.5. MetodeBina Marga 2013 ... 32
II.4 Multi-Layered Elastic System... 51
II.4.1. Sistem Satu Lapis ... 52
II.4.2. Sistem Dua Lapis ... 54
II.4.3. Sistem Tiga Lapis ... 55
II.5. Pemodelan Lapisan Perkerasan ... 57
II.6. Kerusakan Pada Perkerasan ... 63
II.7. Program KENPAVE ... 69
II.7.1. Instalasi Program ... 69
II.7.2. Perkembangan Program KENPAVE... 71
II.7.3. Tampilan Utama Program KENPAVE ... 71
II.7.4. Menu-menu pada Program KENPAVE ... 72
II.8. Program KENLAYER ... 75
II.8.1. Dasar Teori Program KENLAYER ... 75
II.8.2 Menu-menu Pada LAYERINP ... 75
II.9. Data Masukan (Input Program KENPAVE) ... 81
II.10.Data Keluaran (Output Program) ... 82
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
III.1. Perhitungan Desain Tebal Perkerasan dengan
Bina Marga 2013 ... 86
III.2. Perhitungan Regangan dan Tegangan dengan KENPAVE ... 87
III.3. Perhitungan Kedalaman Alur dengan Metode Mekanistik-Empiris ... 88
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Perhitungan Tebal Perkerasan ... 90
IV.1.1 Variasi Parameter dan Lapisan Untuk Desain Desain Perkerasan Lentur... 90
IV.1.2 Data Perencanaan Lainnya ... 91
IV.1.3 Perhitungan Tebal Perkerasan ... 94
IV.2 Perhitungan Nilai Regangan Dengan Program KENPAVE ... 99
IV.2.1. Perhitungan Nilai Regangan Pada Perkerasan ... 99
IV.2.2. Hasil Output Rengangan dan Tegangan KENPAVE .... 107
IV.2.3. Perhitungan Repetisi Beban Nrutting ... 112
IV.2.4. Perhitungan Repetisi Beban Nfatigue ... 115
IV.3.Pembahasan Hasil Perhitungan Repetisi Beban ... 117
IV.3.1. Grafik Hubungan Regangan dan Tegangan dengan CBR ... 118
IV.3.1. Grafik Hubungan CBR dan ESAL Rencana Terhadap Repetisi Beban ... 121
IV.5.Pembahasan Hasil Perhitungan Kedalaman Alur ... 126
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan ... 129
V.2. Saran ... 130
DAFTAR NOTASI
a = koefisien kekuatan relatif
c = koefisien distribusi kendaraan
CBR = California Bearing Ratio (%)
DDT = Daya dukung tanah (%)
W18 = Perkiraan jumlah beban sumbu standar ekivalen 18-kip
ESAL = Equivalent Standar Axle Load
ZR = Deviasi normal standar
So = Gabungan standard error untuk perkiraan lalu-lintas dan kinerja
ΔIP = Perbedaan antara indeks permukaan jalan awal (IPo) dan Indeks permukaan jalan akhir design (IPt), (IPo-IPt)
MR = Modulus resilien
IPo = Indeks permukaan jalan awal (initial design serviceability index )
IPt = Indeks permukaan jalan akhir (terminal serviceability index)
IPf = Indeks permukaan jalan hancur (minimum 1,5)
N = Faktor pertumbuhan lalu-lintas yang sudah disesuaikan dengan perkembangan lalu-lintas. Faktor ini merupakan faktor pengali yang diperoleh dari penjumlahan harga rata-rata setiap tahun.
n = umur rencana.
i = faktor pertumbuhan lalu-lintas (%)
a1 ,a2 , a3 = Koefisien kekuatan relatif bahan perkerasan (berdasarkan besaran mekanistik)
D1, D2, D3 = Tebal masing-masing lapis perkerasan
m2, m3 = Koefisien drainase
= Jumlah deformasi permanen atau vertikal plastis dalam lapisan/
= Jumlah regangan permanen atau axial plastis dalam lapisan/
sub-lapisan HMA
= Regangan resilien atau elastis yang didapat dari model respon
struktur di lapisan HMA
= Tebal dari lapisan HMA
= Repetisi beban
= Temperatur campuran atau perkerasan
= Faktor kedalaman
D = Kedalaman di bawah lapisan permukaan
= Tebal HMA
= Parameter kalibrasi (dari NCHRP 1-40D re-kalibrasi ;
k1r = -3.35412, k2r = 0.4791, k3r = 1.5606),
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Koefisien model rutting………. 7
Tabel 2.1 Perbandingan antara Perkerasan Lentur dan Perkerasan Kaku ….. 19
Tabel 2.2 Umur Rencana Perkerasan Jalan Baru ……… 33
Tabel 2.3 Faktor Pertumbuhan Lalu Lintas (i) Minimum Untuk Desain …… 35
Tabel 2.4 Pemilihan Jenis Perkerasan ………... 39
Tabel 2.5 Faktor Penyesuaian Modulus Tanah Dasar akibat Variasi
Musiman ……….. 40
Tabel 2.6 Bagan Desain 1 : Perkiraan Nilai CBR Tanah Dasar ……….. 43
Tabel 2.7 Bagan Desain 2 : Solusi Desain Pondasi Jalan Minimum ………... 44
Tabel 2.8 Bagan Desain 3 : Desain Perkerasan Lentur Opsi Biaya
Minimum Termasuk CTB ………... 46
Tabel 2.9 Bagan Desain 3A : Desain Perkerasan Lentur Alternatif ………… 47
Tabel 2.10 Alternate Bagan Desain 3A : Desain Perkerasan Lentur – Aspal
dengan Lapis Pondasi Berbutir ……… 48
Tabel 2.11 Koefisien Drainase „m‟ untuk Tebal Lapis Berbutir ………... 49
Tabel 2.12 Ketebalan Lapisan yang Diijinkan Untuk Pembatasan …………... 50
Tabel 2.13 Persamaan Pada Multilayered Elastic System……….. 54
Tabel 2.14 Nilai Modulus, Koefisien Relatif, dan Poisson Rasio ……….. 59
Tabel 2.15 Analisa Struktur Perkerasan ………. 62
Tabel 2.16 Tingkat Kerusakan Perkerasan Aspal, Identifikasi dan Pilihan
Perbaikan Alur ………. 69
Tabel 4.2 Nilai Reliabilitas dan Standar Normal Deviate ………...92
Tabel 4.3 Nilai Modulus, Koefisien Relatif dan Poisson Rasio Tipe A ………93
Tabel 4.4 Nilai Modulus, Koefisien Relatif dan Poisson Rasio Tipe B ………93
Tabel 4.5 Akumulai Tebal Perkerasan Tipe A (AC-WC, CTB, CTSB, dan Subgrade) ……….. 96
Tabel 4.6 Akumulai Tebal Perkerasan Tipe B (AC-WC, CTB, Granular B, dan Subgrade) ……….. 98
Tabel 4.7 Nilai Regangan Desain Tipe A (AC-WC, CTB, CTSB, Subgrade) ……….108
Tabel 4.8 Nilai Tegangan Desain Tipe A (AC-WC, CTB, CTSB, Subgrade) ……….109
Tabel 4.9 Nilai Regangan Desain Tipe B (AC-WC, CTB, Granular B, Subgrade) ……… 110
Tabel 4.10 Nilai Tegangan Desain Tipe B (AC-WC, CTB, Granular B, Subgrade) ……….111
Tabel 4.11 Nilai Repetisi Beban ruttingDesain Tipe A ………... 113
Tabel 4.12 Nilai Repetisi Beban ruttingDesain Tipe B ………... 114
Tabel 4.13 Nilai Repetisi Beban fatigueDesain Tipe A ………... 115
Tabel 4.14 Nilai Repetisi Beban fatigueDesain Tipe B ………... 116
Tabel 4.15. Kedalaman Alur Tipe A ……….. 125
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Perkerasan Lentur 17
Gambar 2.2 Perkerasan Kaku 18
Gambar 2.3 Perkerasan Telford 26
Gambar 2.4 Perkerasan Macadam 27
Gambar 2.5 Konsep Desain Perkerasan Pertama 31
Gambar 2.6 Bagan Alir Desain Pemilihan Metode Desain Pondasi Jalan 41
Gambar 2.7 Model Sistem Lapis Banyak 52
Gambar 2.8 Diagram tegangan sistem satu lapis 53
Gambar 2.9 Sistem Dua Lapis 55
Gambar 2.10 Grafik Distribusi Tegangan Vertikal Dalam Sistem Dua Lapis 55
Gambar 2.11 Tegangan Sistem Tiga Lapis 56
Gambar 2.12 Modulus Elastisitas 59
Gambar 2.13 Model Poisson Ratio 60
Gambar 2.14 Lokasi Analisa Struktur Perkerasan 63
Gambar 2.15 Alur Pada Jalan Raya (1) 66
Gambar 2.16 Alur Pada Jalan Raya (2) 66
Gambar 2.17 Skema Terjadinya Alur 67
Gambar 2.18 Tampilan Awal KENPAVE 72
Gambar 2.19 Tampilan Layar LAYERINP 76
Gambar 2.20 TampilanMenu General 77
Gambar 2.21 Tampilan Layar Zcoord 78
Gambar 2.22 Tampilan Layar Layer 79
Gambar 2.24 Tampilan Layar Load 81
Gambar 4.22 Grafik Nilai Repetisi Beban (2X106 ESAL) 122
Gambar 4.23 Grafik Nilai Repetisi Beban (20X106 ESAL) 123
Gambar 4.24 Grafik Nilai Repetisi Beban (200X106 ESAL) 123
Gambar 4.25 Grafik Variasi Alur Lapisan Perkerasan Tipe A 127
