Bab II Tinjauan Pustaka
II.1 Lapis Beton Aspal Lapis Pengikat (Binder Course)
Lapis Beton Aspal (Laston) adalah lapisan penutup konstruksi perkerasan jalan yang mempunyai nilai sruktural. Campuran ini terdiri atas agregat bergradasi menerus dengan aspal keras, dicampur, dihamparkan dan dipadatkan dalam keadaan panas pada suhu tertentu (Bina Marga Dept.PU, 1999).
Kekuatan Lapis Beton Aspal didapat dari gradasi agregatnya yang menerus (continous graded). Gradasi agregat seperti ini akan menjadikan struktur agregat saling mengunci (interlocking), menghasilkan gesekan dan geseran internal antar agregat yang saling melekat yang dilapisi oleh aspal tipis sebagai perekat diantara butiran. Peran aspal dalam campuran ini hanya sebagai lapis perekat diantara butiran agregat. Oleh sebab itu beton aspal memiliki sifat stabilitas tinggi dan relatif kaku, yaitu tahan terhadap pelelehan plastis namun cukup peka terhadap retak, sehingga dengan demikian campuran ini cukup peka terhadap variasi kadar aspal dan perubahan gradasi agregat.
Lapis Beton Aspal terdiri atas tiga jenis campuran yaitu Lapis Beton Aspal Lapis Aus-2 (AC-Wearing Course) adalah merupakan lapisan paling atas dari struktur perkerasan yang berhubungan langsung dengan roda kendaraan, mempunyai tekstur yang lebih halus dengan ukuran maksimum agregat dalam campuran adalah 19 mm. Lapis Beton Aspal Lapis Pengikat atau Lapis Pengikat (AC-Binder Course) dengan ukuran maksimum agregat dalam campuran adalah 25,4 mm. jenis campuran yang terakhir adalah Lapis Beton Aspal Lapis Pondasi (AC-Base) dengan ukuran maksimum agregat dalam campuran adalah 37,5 mm.
II.2 Bahan Campuran Beraspal Panas II.2.1 Agregat
Agregat atau batu, atau granular material adalah material berbutir yang keras dan kompak, yang termasuk didalamnya antara lain kerikil alam, agregat hasil pemecahan oleh stone crusher, abu batu dan pasir. Agregat mempunyai peranan
yang sangat penting dalam perkerasan jalan, dimana agregat menempati proporsi terbesar dalam campuran, umumnya berkisar antara 90 % - 95% dari berat total campuran, atau 75 % - 85 % dari volume campuran (The Aspalt Institute, 1983). Mutu, keawetan dan daya dukung dari perkerasan sangat dipengaruhi oleh karakteristik dari agregat. Oleh karena itu, sebelum digunakan sebagai bahan campuran dalam perkerasan jalan, harus dilakukan terlebih dahulu pemeriksaan di laboratorium untuk mengetahui karakteristiknya. Namun demikian, pemilihan suatu agregat untuk material perkerasan jalan tidak hanya dilihat dari karakteristik agregatnya saja. Lebih luas lagi, pemilihan agregat untuk material perkerasan jalan meliputi juga mengenai ketersediaan agregat, kemudahan mendapatkannya, harga dan jenis gradasi agregat yang digunakan.
a. Agregat Kasar
Agregat kasar pada campuran beraspal berfungsi memberikan kekuatan yang pada akhirnya mempengaruhi stabilitas dalam campuran, dengan kondisi saling mengunci dari masing-masing partikel agregat kasar. Fraksi agregat kasar untuk campuran adalah yang tertahan ayakan no.8 (2,36 mm), yaitu harus terdiri dari batu pecah atau kerikil pecah dan haruslah bersih, keras, awet dan bebas`dari lempung atau bahan yang tidak dikehendaki lainnya dan memenuhi ketentuan yang diberikan dalam Tabel II.1
b. Agregat Halus
Agregat halus adalah agregat yang lolos saringan no.8 (2,36 mm). Agregat halus terdiri dari batu pecah tersaring dan atau pasir alam yang bersih, keras dan bebas dari lempung atau bahan yang tidak dikehendaki lainnya dan memenuhi ketentuan yang diberikan dalam Tabel II.2.
Tabel II.1 Ketentuan Agregat Kasar
Pengujian Standar Nilai
Kekekalan bentuk agregat terhadap larutan natrium atau magnesium sulfat
SNI 03-3407-1994 Maks.12 % atau Maks. 18% Abrasi dengan mesin Los Angeles SNI 03-2417-1991 Maks. 40 % Kelekatan agregat terhadap aspal SNI 03-2439-1991 Min. 95 % Angularitas (kedalaman dari
permukaan < 10 cm) 95/90
Angularitas (kedalaman dari permukaan > 10 cm)
DoT’s Pennsylvania Test Method,
PTM No.621 80/75
Partikel pipih Determination of Flakiness Index BS. 812
Maks. 25 %
Partikel lonjong ASTM D-4791 Maks. 10 %
Material lolos saringan No.200 SNI 03-4142-1996 Maks. 1 % Sumber : Departemen Kimpraswil (2003), Spesifikasi Campuran Aspal.
Tabel II.2 Pengujian dan Sifat-Sifat Teknis Agregat Halus
Pengujian Standar Nilai
Nilai Setara Pasir SNI 03-4428-1997 Min. 50 % Material lolos saringan No. 200 SNI 03-4428-1997 Maks. 8 %
Sumber : Departemen Kimpraswil (2003), Spesifikasi Campuran Aspal.
c. Bahan Pengisi (Filler)
Filler adalah agregat yang lolos saringan no.200 tidak kurang dari 75 % terhadap beratnya. Filler dapat terdiri dari debu batu kapur (Limestone Dust), semen portland, fly ash, abu tanur semen, abu batu atau bahan non plastis lainnya (Dept. Kimpraswil, 2003).
Partikel filler dalam campuran mengisi rongga antara agregat halus dan agregat kasar dan menjadikan campuran lebih padat. Fungsi dari filler adalah untuk meningkatkan viskositas dari bitumen dan mengurangi tingkat kepekaan campuran terhadap temperatur. Selain itu, sebagian besar filler diserap oleh bitumen sehingga meningkatkan volumenya.
Filler juga berpengaruh terhadap nilai kadar aspal optimum melalui luas permukaan dari partikel mineralnya. Penggunaan jenis dan proposi filler juga mempengaruhi kualitas dari campuran beraspal. Penggunaan filler yang terlalu banyak cenderung menghasilkan campuran yang getas dan mudah retak. Dilain pihak, kandungan filler yang terlalu rendah juga akan menjadikan campuran lebih peka terhadap temperatur dimana campuran akan terlalu lunak pada cuaca panas. Untuk itu, pengaturan proporsi filler perlu diperhatikan dengan seksama.
d. Gradasi Agregat Campuran
Lapis Aspal Beton (LASTON) adalah lapis atas konstruksi perkerasan jalan yang berfungsi, selain sebagai pelindung konstruksi dibawahnya juga diperhitungkan mempunyai nilai struktural, berupa campuran aspal panas dengan agregat bergradasi menerus.
Gradasi agregat yang digunakan adalah LASTON dengan jenis campuran lapis antara (AC-BC) yang berpedoman kepada Spesifikasi Baru Campuran Aspal Panas Departemen Kimpraswil 2003.
Jenis gradasi agregat campuran AC-BC ditempatkan dibawah lapis permukaan. Alasan digunakannya AC-BC sebagai tambahan untuk lapis permukaan adalah : a) Lapisan aspal terlalu tebal untuk dipadatkan dalam satu lapis sehingga harus
diletakkan dalam dua lapis.
b) Lapis antara biasanya mengandung agregat yang lebih banyak dan aspal yang lebih sedikit dan tidak dibutuhkan kualitas sebaik kualitas lapis permukaan, sehingga dengan mengganti sebagian dari lapis permukaan dengan suatu lapis pengganti akan menghasilkan rancangan yang lebih ekonomis (Huang, 1993).
Untuk jenis campuran AC-BC, selain batasan titik kontrol gradasi juga dipersyaratkan kurva fuller, yaitu kurva gradasi di mana kondisi campuran memiliki kepadatan maksimum dengan rongga diantara mineral agregat (VMA)
yang minimum serta dianjurkan menghindari daerah larangan seperti yang diberikan pada Tabel II.3.
Adapun tujuan adanya daerah larangan (restricted zone) sebagai berikut :
a) Membatasi penggunaan pasir alam yang menyebabkan kurva gradasi bongkok pada ayakan no. 30 (0,6 mm)
b) Menghindari kemungkinan gradasi yang berada pada garis kepadatan (density) maksimum sehingga campuran seringkali tidak mempunyai rongga yang cukup diantara mineral agregat (VMA) (SHRP, 1994)
Tabel II.3. Titik Kontrol, Kurva Fuller dan Daerah Larangan AC-BC
% Berat yang Lolos Ukuran Ayakan LASTON (AC) ASTM (mm) BC Fuller 1½” 37,5 1” 25 100 100 ¾” 19 90 – 100 87,8 ½” 12,5 Maks.90 73,2 3/8” 9,5 64,2 No.8 2,36 23 – 39 34,5 No.16 1,18 25,1 No.30 0,600 18,5 No.200 0,075 4 – 8 7,3 DAERAH LARANGAN No.4 4,75 - 47 No.8 2,36 34,6 34,5 No.16 1,18 22,3 – 28,3 25,1 No.30 0,600 16,7 – 20,7 18,5 No.50 0,300 13,7 16,6
Sumber : Departemen Kimpraswil (2003), Spesifikasi Campuran Aspal.
II.2.2 Aspal
Aspal adalah suatu material yang berwarna hitam kecoklatan yang bersifat sementasi, aspal terbuat dari suatu rantai hidrokarbon dan turunannya, umumnya
merupakan residu dari hasil penyulingan minyak mentah pada keadaan hampa udara yang pada temperatur normal bersifat padat sampai ke semi padat, mempunyai sifat tidak menguap dan secara berangsur-angsur melunak bila dipanaskan.
Fungsi aspal dalam campuran perkerasan adalah sebagai pengikat yang bersifat viskoelastis, sehingga akan melunak dan mencair bila mendapat cukup pemanasan dan sebaliknya, sehingga dengan dengan sifat ini aspal dapat menyelimuti dan menahan agregat tetap pada tempatnya selama masa layanan perkerasan dan berfungsi sebagi pelumas pada saat penghamparan dilapangan sehingga memudahkan untuk dipadatkan, disamping itu juga aspal berfungsi sebagai pengisi rongga antara butir-butir agregat dan pori-pori yang ada dari agregat, sehingga untuk itu aspal harus mempunyai daya tahan (tidak cepat rapuh terhadap cuaca), harus mempunyai adhesi dan kohesi yang baik dan memberikan sifat fleksibel pada campuran, selain itu juga membuat permukaan jalan menjadi kedap air.
Tabel II.4. Persyaratan Aspal Keras Pen 60/70
No. Jenis Pengujian Metode Persyaratan
1 Penetrasi, 25 ºC, 100 gr, 5 detik; 0,1 mm SNI 06-2456-1991 60 – 79
2 Titik Lembek; ºC SNI 06-2434-1991 48 – 58
3 Titik Nyala; ºC SNI 06-2433-1991 Min. 200
4 Daktilitas, 25 ºC; cm SNI 06-2432-1991 Min. 100
5 Berat jenis SNI 06-2441-1991 Min. 1,0
6 Kelarutan dalam Trichlor Ethylen; % berat SNI 06-2438-1991 Min. 99 7 Penurunan Berat (dengan TFOT); % berat SNI 06-2440-1991 Max. 0,8 8 Penetrasi setelah penurunan berat; % asli SNI 06-2456-1991 Min. 54 9 Daktilitas setelah penurunan berat; % asli SNI 06-2432-1991 Min. 50 10 Uji bintik (spot Tes)
- Standar Naptha - Naptha Xylene - Hephtane Xylene
AASHTO T. 102 Negatif
II.2.3 Geosintetik
Aspal adalah material yang ideal untuk konstruksi jalan, hal ini dikarenakan sifat durabilitasnya dan biaya yang relative lebih murah dibandingkan dengan perkerasan kaku. Tetapi lapisan aspal mempunyai kekuatan tarik yang kecil. Pada umumnya tegangan dan regangan yang terjadi pada lapisan perkerasan (aspal) dan tanah dasar sangat bergantung pada beban yang bekerja dan modulus material pada setiap lapisan. Pada Gambar II.1 diberikan diagram tegangan yang terjadi pada perkerasan lentur. Tegangan dan regangan kritis terjadi pada bagian bawah lapisan permukaan dan dipermukaan tanah dasar.
Gambar II.1 Gambar Tegangan yang Terjadi pada Perkerasan Lentur Sumber : Yoder & Witczak, 1975
Umumnya regangan yang terjadi pada bagian bawah lapis permukaan adalah regangan tarik (tensile strain) sedangkan pada permukaan tanah dasar regangan yang terjadi adalah regangan tekan (compressive strain).
Lalu lintas yang berat dan kondisi tanah dasar yang jelek dapat menyebabkan retak dan lubang besar pada konstruksi jalan (potholes) yang dapat mengurangi tingkat pelayanan dan umur konstruksi jalan. Untuk kondisi tersebut, perkerasan aspal perlu diperkuat dengan material khusus yang dapat meningkatkan kekuatan tarik. Salah satunya adalah penggunaan geosintetik. Agar mendapatkan hasil yang optimal sebagai perkuatan, maka material yang digunakan harus menyatu dengan
Interface 1
Interface 2
εz
εt
Moving Wheel Load
E1, µ1, h1 E2, µ 2, h2 E3, µ 3, h3= ∞ C L Lapis Beraspal Lapis Berbutir Tanah Dasar
material yang diperkuat, sehingga jenis material yang sesuai adalah geogrid karena sifat interlocking geogrid dan agregat dapat menghasilkan kinerja yang lebih baik.
Keuntungan penggunaan geosintetik pada konstruksi jalan adalah: a) mereduksi tebal lapis perkerasan jalan.
Besar reduksi yang dapat diperoleh tergantung dari kuat tarik geosintetik yang digunakan. Semakin besar kuat tarik geosintetik semakin besar reduksi yang dapat dilakukan.
b) memperpanjang umur konstruksi jalan.
Penggunaan geosintetik dapat memperpanjang umur konstruksi jalan yaitu meningkatkan jumlah kendaraan yang melintas atau beban gandar yang dapat dipikul menjadi lebih besar apabila ketebalan lapisan perkerasan tidak direduksi karena penggunaan material geosintetik.
Sebagai bahan perkuatan, geosintetik harus mempunyai kuat tarik yang cukup dengan elongasi dan sifat rangkak yang rendah. Dari berbagai penelitian yang telah dilakukan, geosintetik dengan bahan penyusun polyester mempunyai sifat rangkak dan elongasi yang paling baik.
Dalam penelitian ini, bahan/ material perkuatan yang digunakan adalah polyfelt dengan nama produknya adalah PGM-G. Polyfelt adalah geotekstil non woven yang terbuat dari polypropylene atau polyester polymer berupa filamen menerus dengan mechanically bonded. Tabel II.5 menunjukkan spesifikasi produk dari PGM-G.
Perkuatan geosintetik dengan PGM-G untuk pekerjaan jalan biasanya digunakan apabila tegangan horizontal terjadi, yaitu pada pekerjaan:
a) Konstruksi pelebaran jalan atau pekerjaan lajur tambahan
b) Pada jalan dengan beban yang ekstrem, misalnya pada runway pesawat terbang atau jalan dengan beban yang berat.
d) Di bahu jalan, untuk mengakomodasikan tegangan dan mencegah pergerakan lateral pada bahu jalan.
e) Di area dimana panas dengan jangka pendek (short term thermally) yang mengakibatkan tegangan terjadi yang diakibatkan oleh temperatur yang berbeda, dan di area dengan iklim yang kritis seperti jalan di pegunungan.
Tabel II.5 Spesifikasi Produk dari PGM-G
Properties Standar Unit PGM-G 50/50
Type of Product
Composite (mech. Bonded continous filament non woven + glass filamen)
Raw Material Polypropylene, UV stabilized + Glass filament Asphalt Retention
Texas DOT item 3099 ASTM D 6140 - 97 Kg/m2 1,1 Tensile Strength (MC/CD)* ISO 3341 kN/m 50/50 Elongation At Break* % 3 Strenght at 2% strain* kN/m 34/34
Mesh widht of glass
filament mm 40/40
Mass per unit area EN-965 g/m2 300
Melting point ASTM D 276 oC 165
Recycling 100% Recycle with the conventional methods
Widht m 0.95/1.9
Length m 100 (150)*
Weight of Roll Kg 34/63
* The Strength Values refer to the glass filament reinforcement Sumber: Polyfelt Geosynthetics
Gambar II.2 Bentuk Fisik PGM-G (Sumber: Polyfelt Geosynthetics)
Keuntungan, fungsi dan manfaat PGM-G sebagai perkuatan adalah sebagai berikut:
a) Lapisan penutup (sealing)
PGM-G mencegah masuknya air dan oksigen ke dalam struktur perkerasan. Gambar II.3 mengilustrasikan fungsi PGM-G sebagai lapisan penutup yang dapat menahan air menembus masuk ke lapisan di bawahnya.
Gambar II.3 Penghalang Anti Air antara Lapisan Perkerasan Lama dengan Lapisan Perkerasan Baru.
(Sumber: Polyfelt Geosynthetics)
b) Mengurangi distribusi tegangan yang terjadi pada lapisan perkerasan. PGM-G dapat mentransfer tegangan yang berbeda dari perkerasan lama ke perkerasan tambahan. Hal ini akan mengurangi penjalaran dan formasi retak yang terjadi. Hasil pengujian stress distribution dari perkerasan tanpa dan dengan paving felt ditunjukkan dalam Gambar II.4. Beban vertikal dari roda kendaraan akan mendorong lapisan perkerasan ke arah lateral. Beban vertikal ini akan mendorong lapisan perkerasan di bawahnya ke bawah dan ke arah samping. Gerakan ke bawah akan menyebabkan rutting atau jejak roda permanen. Pemasangan PGM-G akan menyebabkan interaksi geser antara lapisan perkerasan dengan PGM-G. Beban geser lateral dari wearing course akan diteruskan ke bawah dan akan diterima oleh PGM-G dan
menyebabkan lapisan PGM-G mengalami tarik. Lapisan perkerasan yang ditambah dengan PGM akan menambah kekakuan (stiffness). Pekerasan yang mempunyai kekakuan tinggi akan jauh lebih mampu menahan gaya lateral. Peningkatan kekakuan lapisan juga sangat berkontribusai terhadap pengurangan deformasi vertikal. Peningkatan kekakuan juga meredam beban dinamik dari kendaraan, mengembalikan defleksi permukaan jalan karena beban kendaraan sehingga kelelahan dari lapisan aspal akan lebih lama dan impliksinya adalah akan memperpanjang umur jalan. Gambar II.5 mengilustrasikan hasil penelitian pengaruh pemasangan PGM-G terhadap formasi retak. Formasi retak pada perkerasan dengan perkuatan PGM-G terjadi dalam jangka waktu yang lebih lama dibandingkan dengan perkerasan yang tidak di pasang PGM-G. Rasio retak yang terjadi antara perkerasan yang tidak memakai PGM-G dan dengan PGM-G nilainya sebesar 3 (tiga).
c) Enhance Layer Bonding
PGM-G menjamin lekatan antara lapisan perkerasan lama dengan lapisan baru yang seragam sehingga beban kendaraan pada perkerasan akan bersama-sama dipikul oleh perkerasan yang telah menyatu tersebut sehingga kelelehan yang dialami oleh perkerasan tersebut akan semakin berkurang dan efeknya adalah meningkatnya umur perkerasan.
d) Trouble - Free recycling
Penggunaan PGM-G dalam konstruksi perkerasan jalan tidak bermasalah terhadap lingkungan terutama pencemaran tanah.
Gambar II.4 Hasil Pengujian Stress Distribution (Sumber: Polyfelt Geosynthetics)
Gambar II.5 Hasil Pengujian Perambatan Retak (Crack Formation and Propagation)
(Sumber: Polyfelt Geosynthetics) (a) Distribusi Tegangan tanpa Paving Felt
e) Pemasangan yang mudah.
Jika peralatan mekanis digunakan, polyfelt PGM-G dengan mudah dipasang tanpa material pencampur. Gambar II.6 dan Gambar II.7 mengilustrasikan contoh pemasangan geogrid pada pengerjaan lapis perkerasan tambahan dengan PGM-G. Langkah pengerjaan untuk pekerjaan lapisan aspal baru sama seperti pada proses pengerjaan overlay. Prosesnya adalah sebagai berikut:
− pembersihan permukaan lapisan perkerasan lama dari material lepas seperti batu, debu, sampah dll.
− Pengisian material aspal pada retak di perkerasan lama yaitu dengan melakukan leveling.
− Penyemprotan tack coat untuk mendapatkan ikatan yang efektif. Penyemprotan tack coat juga berfungsi agar PGM-G tidak mengabsorbsi aspal pada lapisan overlay sehingga kadar aspal optimum pada lapis overlay masih terjaga.
− Pemasangan material PGM-G dengan bantuan alat penghampar di atas lapisan perkerasan yang telah di tack coat.
− Penghamparan lapis aspal tambahan di atas PGM-G. Lakukan pemadatan perkerasan overlay dengan mengacu standar yang telah ditetapkan.
Gambar II.6 Skema Pengerjaan Lapis Overlay dengan PGM-G (Sumber: Polyfelt Geosynthetics)
Gambar II.7 Ilustrasi Pengerjaan Lapis Overlay dengan PGM-G di Lapangan (Sumber: Polyfelt Geosynthetics)
Selain bermanfaat pada lapisan aus (wearing course), pemakaian perkuatan geosintetik juga bermanfaat pada perkuatan pondasi jalan (base course), adapun beberapa fungsi perkuatan geosintetik untuk lapisan pondasi adalah sebagai berikut:
a) menahan lateral spreading atau penyebaran arah lateral dari sub-base atau base.
b) meningkatkan ikatan dan juga kekuatan dari lapisan sub-base atau base yang diperkuat.
c) Memperbaiki atau memperkecil distribusi tekanan vertikal pada lapisan sub-grade.
d) Mengurangi tekanan geser pada lapisan geser.
a. Penyemprotan Tack Coat b. PenyemprotanelaranTack Coat
c. Lapis Aspal tambahan (overlay) di atas PGM-G
d. PemadatanLapis Aspaltambahan(overlay) e. Jalan yang sudah selesai pengerjaanoverlay
a. Penyemprotan Tack Coat b. Penggelaran Geogrid
c. Lapis Aspal tambahan (overlay) di atas PGM-G
II.2.4 Lapis Perekat (Bitumen Bonding Layer/ Tack Coat)
Lapis perekat adalah lapisan cairan bitumen yang digunakan sebagai lapis tipis untuk meningkatkan pelekatan lapisan di atasnya dimana lapis perekat ini harus dihampar di atas permukaan yang beraspal (seperti Lapis Penetrasi Macadam, Laston, dll) atau di atas permukaan beton semen. Bahan lapis perekat dapat berupa:
a) aspal emulsi yang harus mengandung residu hasil penyulingan minyak bumi (aspal dan pelarut) tidak kurang dari 57% dan mempunyai penetrasi aspal tidak kurang dari 100 (0.1 mm) untuk aspal emulsi jenis cationic slow setting (CSS) serta tidak kurang dari 65% dan mempunyai penetrasi aspal tidak kurang dari 100 (0.1 mm) untuk aspal emulsi jenis cationic medium setting (CMS).
b) Aspal keras Pen 60 atau Pen 80 yang memenuhi ketentuan RSNI S – 01 – 2003, diencerkan dengan 25 bagian premium per 100 bagian aspal.
Spesifikasi penggunaan jumlah tack coat pada perkerasan beraspal masih sangat bervariasi dari segi penyebarannya dan bahan yang digunakan. Factor – factor yang mempengaruhi penggunaan tack coat antara lain : factor dari bahan tack coat itu sendiri, kondisi permukaan perkerasan, dan iklim daerah tersebut. Penggunaan tack coat yang terlalu sedikit akan mengakibatkan mudah lepasnya ikatan antar lapisan perkerasan. Sedangkan apabila pemberian tack coat terlalu berlebih justru akan berfungsi sebagai pelumas yang dapat menimbulkan selip antara lapisan lama dengan lapisan baru, tack coat berlebih dapat juga menyebabkan tack coat tersebut akan masuk ke dalam lapis baru, sehingga berefek negative terhadap properties campuran aspal dan seringkali berpotensi menyebabkan bleeding pada lapisan aspal baru yang tipis (Flexible Pavements of Ohio, 2001). Sehingga pemberian tack coat yang tepat akan sangat membantu kinerja antara lapisan perkerasan beraspal. Takaran pemakaian lapis perekat menurut Spesifikasi Campuran Aspal. Departemen Pekerjaan Umum, 2003 dapat dilihat pada Tabel II.6
Tabel II.6 Takaran Pemakaian Lapis Perekat.
Takaran (liter per meter persegi) pada
Perkerasan Beraspal Perkerasan Kaku Jenis Aspal Permukaan Baru atau Aspal Lama yang licin Permukaan Porous dan Terekspos cuaca Permukaan
baru Permukaan Aus atau licin Aspal Cair 0,15 0,15 – 0,35 0,15 0,15 – 0,25 Aspal Emulsi 0,20 0,20 – 0,50 0,20 0,20 – 0,35 Sumber : Departemen Kimpraswil (2003).
Suhu penyemprotan aspal perekat juga harus diperhatikan dan dilakukan sesuai persyaratan yang telah ditentukan. Tindakan yang ekstra hati-hati harus dilaksanakan bila memanaskan setiap aspal cair karena mengandung minyak tanah yang mudah terbakar. Suhu penyemprotan untuk aspal perekat dapat dilihat pada Tabel II.7.
Tabel II.7 Suhu Penyemprotan Lapis Perekat.
Jenis Aspal Rentang Suhu Penyemprotan
Aspal cair, 25 pph minyak tanah 80 ± 10 °C Aspal Cair, 45 pph minyak tanah (MC – 70) 65 ± 10 °C Aspal Cair, 70 pph minyak tanah (MC – 30) 40 ± 10 °C
Aspal emulsi Tidak dipanaskan
Catatan:
Pph : bagian per 100 bagian (part per hundred) Sumber : Departemen Kimpraswil (2003).
II.3 Sifat-Sifat dasar Dari Campuran Aspal
Karakteristik dasar yang harus dimiliki oleh campuran aspal panas adalah stabilitas, fleksibilitas, durabilitas dan kekesatan. Stabilitas adalah kemampuan lapisan perkerasan dalam menerima beban statis maupun dinamis dari lalu lintas yang ada tanpa mengalami deformasi atau perubahan bentuk seperti alur, gelombang, kegemukan atau tanda-tanda lain yang merubah campuran. Stabilitas diperoleh dari hasil gesekan antar butir, penguncian antar partikel dan daya ikat yang baik dari lapisan aspal.
Fleksibilitas merupakan kemampuan campuran untuk mengikuti deformasi akibat beban lalu lintas tanpa mengalami retak dan perubahan volume selama masa pelayanannya. Untuk memaksimumkan fleksibilitas maka digunakan campuran dengan gradasi senjang, namun demikian harus dipertimbangkan stabilitas dan durabilitas dari campuran tersebut.
Durabilitas (ketahanan terhadap kehancuran) diperlukan pada lapisan permukaan sehingga lapisan dapat mampu menahan keausan akibat pengaruh cuaca, air dan perubahan suhu ataupun keausan akibat gesekan kendaraan. Agar durabilitas maksimum maka dalam perencanaannya harus digunakan aspal yang cukup untuk menyelimuti semua partikel agregat, tetapi tetap harus mempertimbangkan stabilitas campuran.
Perkerasan harus memiliki kekesatan yang cukup sehingga kendaraan tidak mengalami slip baik di waktu hujan maupun kering. Kekesatan diperoleh dengan penggunaan kadar aspal yang tepat, tekstur dan komposisi agregat yang cukup sehingga tidak terjadi bleeding.
Campuran yang dibuat juga harus mudah untuk dilaksanakan baik itu dalam penghamparan maupun pemadatan sehingga diperoleh hasil yang memenuhi kepadatan yang diharapkan. Hal ini tergantung dari gradasi agregat, filler dan temperatur campuran.
SHELL BITUMEN (1990) menyatakan bahwa campuran beraspal harus mempunyai kemampuan untuk :
a. Tahan terhadap deformasi permanen.
b. Mampu menahan retak lelah (fatigue cracking).
c. Mudah dalam pelaksanaan baik penghamparan maupun pemadatan dengan peralatan yang sesuai.
d. Kedap air, untuk melindungi lapisan dibawahnya dari pengaruh air. e. Awet, tahan terhadap gesekan oleh lalu lintas dan pengaruh udara dan air. f. Memberikan daya dukung terhadap struktur perkerasan.
g. Mudah dipelihara dan yang paling penting yaitu harus mempunyai biaya yang efektif.
Untuk campuran Beton Aspal Lapis Aus pada spesifikasi baru harus memenuhi ketentuan sifat-sifat campuran seperti ditunjukkan pada Tabel II.8.
Tabel II.8. Ketentuan Sifat-sifat Campuran
Laston Sifat-sifat Campuran
WC BC Base
Penyerapan aspal (%) Maks. 1,2
Jumlah tumbukan per bidang 75 112
Min. 3,5 Rongga dalam campuran (%)
Maks. 5,5
Rongga dalam Agregat (VMA)(%) Min. 15 14 13
Rongga terisi aspal (%) Min. 65 63 60
Min. 800 1500 Stabilitas Marshall (kg)
Maks. - -
Pelelehan (mm) Min. 3 5
Marshall Quotient (kg/mm) Min. 250 300
Stabilitas Marshall Sisa (%) setelah perendaman selama 24 jam, 60 ºC
Min. 75 Rongga dalam campuran(%) pada
Kepadatan membal (refusal)
Min. 2,5
Sumber : Departemen Kimpraswil (2003), Spesifikasi Campuran Aspal.
II.4 Perencanaan Campuran Beraspal Panas Dengan Pendekatan Kepadatan Mutlak
Pada tahun 1999, Departemen Pekerjaan Umum mengeluarkan Pedoman Teknik Perencanaan Campuran Beraspal Panas dengan Pendekatan Kepadatan Mutlak yang merupakan usaha penyempurnaan dari metoda Marshall konvensional. Kepadatan mutlak ini dimaksudkan sebagai kepadatan tertinggi (maksimum) yang
dapat dicapai oleh campuran sehingga campuran tersebut tidak dapat menjadi lebih padat lagi.
Untuk kondisi lalu lintas berat, Marshall konvensional menetapkan pemadatan benda uji dengan 2 x 75 tumbukan dengan batas rongga campuran antara 3% - 5%. Hasil pengujian pengendalian mutu menunjukkan bahwa kesesuaian parameter kontrol dilapangan seringkali tidak terpenuhi untuk mencapai persyaratan dalam spesifikasi sehingga kinerja perkerasan jalan tidak tercapai. Kondisi ini sulit untuk menjamin campuran yang tahan terhadap kerusakan berbentuk alur plastis.
Studi yang dilakukan oleh Puslitbang Prasarana Transportasi Departemen Pekerjaan Umum menunjukkan adanya kaitan yang erat antara deformasi plastis dengan tingginya kadar aspal dan penurunan rongga udara dalam campuran (VIM) selama masa pelayanan jalan. Penurunan VIM ini bermula dari rendahnya rongga udara campuran rencana. Rongga dalam campuran setelah dilalui lalu lintas dalam beberapa tahun mencapai kurang dari 1% sehingga terjadi perubahan bentuk plastis.
Untuk mengatasi masalah tersebut dibuat pengujian tambahan yaitu pemadatan ultimit pada benda uji dengan kadar aspal yang didapat dari nilai VIM 6% pada kurva hubungan VIM dengan kadar aspal Marshall konvensional, sampai mencapai kepadatan mutlak (Refusal Density). Pemadatan dilakukan dengan menggunakan alat pemadat getar listrik seperti terlihat pada Gambar II.8. Apabila alat pemadat getar listrik tidak ada, maka pemadatan dapat dilakukan dengan pemadatan Marshall konvensional dengan jumlah tumbukan 2 x 400 kali. Rongga dalam campuran dirancang dapat dicapai tidak kurang dari 3% untuk lalu lintas berat. Pemadatan contoh benda uji harus dilakukan dengan jumlah tumbukan yang lebih banyak sebagai simulasi adanya pemadatan sekunder oleh lalu lintas sampai benda uji tidak bertambah padat lagi.
Nilai rongga dalam agregat (VMA) dan nilai maksimum rongga terisi aspal (VFB) akan dikontrol oleh nilai VIM refusal (setelah PRD). Pencantuman batas maksimum VIM dan nilai minimum VFB sangat penting untuk mendapatkan keseimbangan antara VMA, VFB, VIM dan kadar aspal.
Selain adanya prosedur pengujian tambahan berupa pemadatan ultimit, spesifikasi baru ini melakukan beberapa perubahan dibandingkan dengan spesifikasi sebelumnya, yaitu :
a. Dihilangkannya pembatasan kadar aspal total dalam campuran;
b. Ditambahkannya batasan minimum rongga dalam agregat (VMA) yang relatif tinggi.
c. Disyaratkannya volume rongga terisi aspal (VFB).
d. Adanya pengaturan gradasi yang lebih ketat terutama untuk campuran laston yang tidak memberikan gradasi dalam bentuk amplop, tetapi menggunakan kurva fuller yang dibatasi oleh daerah larangan dan titik kontrol gradasi. Daerah larangan adalah daerah dimana gradasi yang akan digunakan tidak boleh memotong daerah larangan ini. Sedangkan titik kontrol adalah titik yang membatasi gradasi di atas dan di bawah kurva fuller, tetapi bukan dalam bentuk amplop.
Persyaratan minimum rongga terisi aspal merupakan upaya untuk memperoleh campuran yang lebih awet dan lentur sehingga mempunyai ketahanan terhadap retak akibat kelelahan yang lebih baik. Dipenuhinya persyaratan rongga udara dalam campuran dan juga rongga terisi aspal diharapkan akan menjadikan campuran lebih tahan terhadap deformasi sekaligus juga lebih awet dan lebih tahan terhadap retak lelah.
Gambar II.8. Foto Alat Pemadat Getar Listrik
II.5 Pengujian-Pengujian Pada Campuran Beraspal II.5.1 Pengujian Marshall
Pengujian Marshall adalah untuk menentukan Kadar Aspal Optimum. Konsep ini dikembangkan oleh Bruce Marshall, seorang insinyur bahan aspal bersama dengan The Mississippi State Highway Department. Kemudian penelitian ini dilanjutkan oleh The U.S. Army Corps of Engineers, dengan lebih ekstensif dan menambah kelengkapan pada prosedur pengujian Marshall dan akhirnya mengembangkan kriteria rancangan campuran. Pengujian di Indonesia di standarisasikan di dalam SNI 03-2489-1991.
Pengujian ini bertujuan untuk menentukan stabilitas dan kelelehan plastis dari campuran beraspal. Pengujian stabilitas bertujuan untuk mengukur ketahanan campuran terhadap beban lalu lintas dan uji kelelehan plastis untuk menentukan perubahan bentuk yang terjadi akibat beban lalu lintas.
Untuk keperluan pencampuran, agregat dan aspal dipanaskan pada suhu dengan nilai viskositas aspal 170 ± 20 centistokes (cst) dan dipadatkan pada suhu dengan nilai viskositas aspal 280 ± 30 cst. Benda uji berbentuk silinder dengan tinggi 64
1 2 2 3 4 5 5 Keterangan :
1. Mesin pemadat getar listrik 3. Alas cetakan 5. Telapak 150 mm 2. Silinder Cetakan 150 mm 4. Telapak 100 mm
mm dan diameter 102 mm ini diuji pada temperatur 60°C dengan tingkat pembebanan konstan sebesar 51 mm/menit sampai terjadi keruntuhan. Beban maksimum yang dapat diterima oleh benda uji sebelum hancur dikenal sebagai stabilitas Marshall dan besarnya deformasi yang terjadi pada benda uji sebelum hancur adalah kelelehan (flow) Marshall dan perbandingan stabilitas dan kelelehan Marshall disebut Marshall Quotient, yang merupakan ukuran ketahanan material terhadap deformasi tetap. Alat yang digunakan terdiri dari mesin uji Marshall seperti terlihat pada Gambar II.9.
Gambar II.9. Alat Uji Marshall
II.5.2 Pengujian Perendaman Marshall
Pengujian Perendaman Marshall dilakukan untuk memeriksa kerentanan campuran terhadap kerusakan yang disebabkan oleh air. Sejumlah benda uji Marshall disiapkan pada Kadar Aspal Optimum, setengah dari jumlah yang disiapkan diuji pada kondisi normal dan dicari nilai rata-rata stabilitasnya, sisa benda uji direndam selama 24 jam pada suhu 60oC dan dicari nilai rata-rata stabilitasnya. Perbandingan antara stabilitas benda uji setelah perendaman dan
stabilitas benda uji standar dinyatakan dalam persen, yang disebut Indeks Kekuatan Marshall Sisa (Marshall Index of Retained Strength).
Indeks Kekuatan Marshall Sisa (IKS) sebesar 75 % merupakan nilai minimum yang disyaratkan. Pada nilai tersebut campuran aspal dianggap cukup tahan terhadap kerusakan yang ditimbulkan oleh pengaruh air.
II.5.3 Pengujian Kelelahan
Pengujian Kelelahan dilakukan untuk mendapatkan hubungan antara tegangan dan regangan dengan umur kelelahan. Pada kondisi dimana suhu dan kecepatan pembebanan tetap, sedangkan tegangan merupakan variabel bebas, apabila data tegangan dan umur kelelahan (jumlah pengulangan beban) digambarkan dalam skala logaritma akan diperoleh suatu hubungan yang linier (Cooper, 1974). Formulasi hubungan umur kelelahan dan tegangan adalah:
N = K n ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ σ 1 ………. (II.1)
dimana, N = umur kelelahan (jumlah repetisi beban hingga terjadi retak akibat kelelahan)
σ = amplitudo tegangan
K dan n = konstanta, tergantung pada sifat-sifat campuran dan kondisi pengujian
Sedangkan hubungan linier umur kelelahan dan regangan, adalah:
N = C m ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ε 1 ……….… (II.2)
dimana, ε = amplitudo regangan
C dan m = konstanta, tergantung pada sifat-sifat campuran dan kondisi pengujian
The Asphalt Institute (1972) juga memberikan persamaan untuk memperkirakan umur kelelahan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
Nf = f0(10M)(f1.εt−f2)(E−f3)... (II.3)
M = f4 (Vb/(Vv+Vb)) – f5 ... (II.4)
dimana, Nf = Umur kelelahan
εt = Regangan tarik horisontal dibawah lapisan campuran
aspal
f0 = 18,4 ; f1 = 0,004325 ; f2 = 3,291 ; f3 = 0,854
f4 = 4,84 ; f5 = 0,69
Vb = Volume aspal dalam campuran
Vv = Volume Rongga dalam campuran
Variabel-variabel campuran yang mempengaruhi kekakuan juga memberikan pengaruh pada umur kelelahan campuran aspal. Variabel tersebut adalah jenis dan gradasi agregat termasuk filler, jenis dan kandungan aspal, derajat kepadatan campuran dan kandungan udara pada campuran.
Melalui uji kelelahan dapat pula diperkirakan tingkat penjalaran retak, yaitu jumlah siklus pembebanan yang dibutuhkan untuk setiap milimeter deformasi yang dialami, dari saat terjadinya retak awal sampai terjadinya keruntuhan, dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
rp = i f p N δ δ − ………. (II.5) Np = Nf – Ni
dimana, Np = jumlah siklus penjalaran retak
Nf = jumlah siklus saat keruntuhan
Ni = jumlah siklus saat retak awal terjadi
δf = lendutan kumulatif pada saat terjadinya keruntuhan
(mm)
δr = lendutan kumulatif pada saat terjadinya retak awal (mm)
II.5.3.1 Cara Pembebanan
Pengujian Kelelahan di laboratorium dapat dilakukan dengan pembebanan kontrol tegangan atau kontrol regangan. Gambar II.10 memperlihatkan ilustrasi cara pembebanan pada kontrol tegangan dan kontrol regangan. Pada kontrol tegangan, selama pengujian benda uji diberikan amplituddo tegangan yang tetap. Selanjutnya benda uji menjadi lemah, dan regangan yang terjadi semakin meningkat seiring bertambahnya waktu, apabila modulus kekakuan semakin tinggi maka benda uji akan lebih susah mengalami regangan tarik sehingga umur kelelahannya akan meningkat. Pada pembebanan dengan kontrol regangan, pengujian dilakukan dengan memberikan amplitudo regangan yang tetap. Selama pengujian berlangsung benda uji menjadi lemah, sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk memberikan regangan yang tetap menjadi berkurang. Dengan cara ini kehancuran benda uji jarang terjadi. Oleh karena itu, umur kelelahan ditentukan dari jumlah pengulangan regangan yang menyebabkan besarnya kekakuan benda uji menurun menjadi 50% dari nilai awal. Campuran aspal yang mempunyai kekakuan yang lebih tinggi akan lebih mudah mengalami penurunan tegangan, oleh karena itu umur kelelahannya akan semakin turun seiring meningkatnya modulus kekakuan
(b) Kontrol Regangan σ
waktu waktu
ε
(a) Kontrol Tegangan
waktu
σ
ε
waktu
Umur kelelahan didefinisikan sebagai jumlah pengulangan tegangan yang menyebabkan benda uji hancur atau pada saat terjadi perubahan kemiringan yang tajam pada kurva lendutan seperti yang diilustrasikan dalam Gambar II.11.
Gambar II.11 Penentuan umur kelelahan
Cara pembebanan merupakan hal yang penting, karena pada kondisi awal yang sama, umur kelelahan secara tipikal lebih besar pada pembebanan dengan kontrol regangan dibanding kontrol tegangan. Oleh karena itu, penggunaan pembebanan dengan kontrol tegangan memiliki keuntungan, yaitu bahwa kegagalan muncul lebih cepat dan dapat lebih mudah ditentukan.
Terdapat perbedaan karakteristik dan parameter dalam pola pembebanan dalam pengujian kelelahan apabila menggunakan controlled stress dan controlled strain. Tabel II.9 menjelaskan secara rinci perbandingan karakteristik pengujian kelelahan dengan menggunakan controlled stress dan controlled strain.
Umur Kelelahan (Nf), siklus
Le ndu ta n K umu lat i f ( Σδi )
Jumlah Siklus Nfatigue
Tabel II.9 Perbedaan Karakteristik Pengujian Kelelahan Menggunakan controlled stress dan controlled strain.
Variabel controlled stress (beban) controlled strain (Regangan) Kelelahan Lapisan Aspal
Beton
Memenuhi lapisan aspal pengikat yang tebal
Lapisan aspal pengikat tipis, < 3 inci
Definisi kegagalan; Jumlah siklus
Mudah ditentukan pada saat benda uji hancur
Kesepakatan ditentukan bahwa pengujian dihentikan jika nilai beban menurun pada kondisi tertentu; sebagai contoh : 50 % dari nilai beban awal
Penyebaran Data uji
lelah Kurang menyebar Lebih banyak menyebar
Kebutuhan jumlah benda uji
Kecil/ sedikit Besar/ banyak
Pengaruh simulasi
long-term Long-term mempengaruhi kekakuan dan meningkatkan umur kelelahan. Long-term mempengaruhi
meningkatnya kekakuan dan selanjutnya menurunkan umur kelelahan
Umur kelelahan, Nf Secara umum lebih pendek
Secara umur lebih panjang
Pengaruh variabel campuran
Lebih peka Kurang peka
Laju kehilangan energi Lebih cepat Lebih lambat
Laju penjalaran retak Lebih cepat dari yang timbul di lapangan
Lebih menjamin pada kondisi lapangan
Manfaat pengaruh waktu jedah
Manfaat pengaruh lebih besar.
Manfaat pengaruh lebih kecil.
Sumber : SHRP – A – 90 – 011, 1990.
II.5.3.2 Tingkat Tegangan
Seperti yang ditulis oleh Yoder dan Witzcak (1975), The Asphalt Institute menyarankan batasan tingkat tegangan yang dipilih untuk mendapatkan umur kelelahan adalah pada tingkat 1.000 sampai 100.000 pengulangan. Tingkat tegangan tersebut diperlihatkan pada Tabel II.10. Tingkat tegangan akan tergantung pada besarnya beban yang diberikan, serta dimensi benda uji. Untuk pengujian dengan three point bending, digunakan formula:
Φ = 106 2 5 , 1 × bh PL ………. (II.4) E = 106 48 3 × δ I PL ……….………. (II.5) γ = E σ = 2 6 L hδ ……….……….… (II.6) I = 3 12 1 bh ……….. (II.7)
dimana, Φ = tegangan yang diberikan (kPa) P = beban yang diberikan (kN) E = modulus kekakuan (kPa) I = momen inersia benda uji (mm4) L = panjang benda uji (mm)
b = lebar benda uji (mm) h = tinggi benda uji (mm) δ = deformasi (mm)
Tabel II.10 Tingkat tegangan yang sesuai untuk temperatur yang berbeda menurut The Asphalt Institute
Tingkat Tegangan Temperatur Uji (oF) (psi) (MPa) 55 150 – 450 1,03 – 3,10 70 75 – 300 0,52 – 2,07 85 35 – 200 0.24 – 1,38
Sumber : Yoder dan Witzak, 1975.
II.5.3.3 Metode Pengujian
Ada berbagai variasi metode pengujian pada pengujian kelelahan. Kebanyakan dari metoda – metoda tersebut menggunakan pembebanan pada balok (bending beam) meskipun pembebanan dengan metode lain seperti rotating cantilever, diametral dan supported flexure beam juga pernah digunakan.
Pada metoda bending beam terdapat juga beberapa metoda. Diantaranya yang termasuk dalam metoda bending beam adalah metoda pembebanan dua titik (Two
Point Bending), metoda pembebanan tiga titik (Three Point Bending) dan metoda pembebanan empat titik (Four Point Bending). Konfigurasi pembebanan ketiga metoda ini dapat dilihat pada Gambar II.12.
(1) Two Point Bending
(2) Three Point Bending
(3) Four Point Bending
Gambar II.12 Konfigurasi Pembebanan Pengujian Kelelahan dengan Bending Beam
II.5.3.4 Prosedur Pembebanan
Terdapat dua tipe metoda pembebanan yaitu, dengan cara Kontrol Tegangan dan Kontrol Regangan. Kontrol tegangan adalah pengujian dengan cara memberikan amplitudo tegangan siklik yang konstan pada benda uji selama pengujian dan membiarkan deformasi atau amplitudo regangan bertambah seiring dengan melemahnya benda uji. Sedangkan kontrol regangan adalah kebalikannya yaitu pengujian dengan cara memberikan deformasi atau amplitudo regangan siklik
P P a a P, beban beam beam P, beban beam
yang konstan pada benda uji selama pengujian dan membiarkan amplitudo tegangan mengecil seiring dengan melemahnya benda uji.
Menurut Huang (1993) prosedur pembebanan dengan kontrol tegangan cocok digunakan untuk tebal lapis perkerasan aspal yang besar (lebih dari 6 inch) dan merupakan komponen beban utama seiring dengan melemahnya lapis perkerasan akibat beban berulang, maka regangan akan semakin besar mengikuti jumlah pengulangan beban. Sedangkan kontrol regangan cocok digunakan untuk jenis lapis perkerasan beraspal yang tipis (kurang dari 2 inch) karena regangan pada lapis beraspal ditentukan oleh lapisan – lapisan di bawahnya dan bukan disebabkan oleh berkurangnya kekakuan pada lapis beraspal. Benda uji yang memiliki tebal antara 2 inch sampai dengan 6 inch, metode pengujiannya dapat berupa control stress maupun control strain.
II.5.3.5 Pola Pembebanan
Pola-pola pembebanan pada pengujian kelelahan adalah sebagai berikut:
1. Full sine wave (full sinusoidal wave), dimana bagian serat yang paling ekstrim dari benda uji mengalami pembalikan tegangan secara penuh pada setiap siklus beban.
2. Half sine wave, hampir sama dengan full sine wave, tetapi tidak ada pembalikkan tegangan.
3. Halfsine wave with delay. 4. Blocking loading time.
Secara umum, pada pengujian kelelahan di laboratorium dengan benda uji berbentuk balok, menunjukkan bahwa pola pembebanan dengan pembalikan tegangan memberikan umur kelelahan yang lebih pendek daripada pola pembebanan tanpa pembalikkan tegangan (Irwin dan Gallaway, 1974). Bentuk pola-pola pembebanan diperlihatkan pada Gambar II.13.
(a) Full sine wave
(b) Half sine wave
(c) Haversine sine with delay
(d) Blocking loading Gambar II.13 Pola-pola pembebanan
Sumber : Irwin dan Gallaway, 1974
II.5.3.6 Frekuensi dan Waktu Pembebanan
Disamping rentan terhadap suhu, aspal juga merupakan material yang rentan terhadap waktu pembebanan. Parameter ini berhubungan dengan frekuensi pembebanan yang akan menentukan ketahanan terhadap retak akibat kelelahan. Hubungan frekuensi dan waktu pembebanan dinyatakan dengan rumus sebagai berikut: F = πt 2 1 ... (II.8) dimana, F = frekuensi (Hz)
t = waktu pembebanan (detik)
Tangella, S.C.S (1990) memberikan indikasi, bahwa waktu pembebanan antara 0,004 sampai 0,1 detik cocok untuk pengujian kelelahan. Sedangkan The Asphalt Institute dan TRRL (Transport and Road Research Laboratory) mendasarkan frekuensi pembebanan pada 10 Hz dan 5 Hz yang kira-kira sama dengan 0,016 dan 0,032 detik.
waktu
Be
ba
II.5.3.7 Mesin Uji Kelelahan
Peralatan yang dipakai dalam penelitian ini adalah mesin uji kelelahan DARTEC. Dengan alat tersebut dapat dilakukan uji statis (kapasitas maksimum 100 kN) dan uji dinamis (kapasitas 150 kN). Kontrol informasi dapat dilaksanakan secara manual pada panel kontrol maupun dengan perangkat lunak menggunakan komputer.
Gambar II.14 memperlihatkan skema mesin uji kelelahan DARTEC. Komponen utama mesin uji kelelahan DARTEC terdiri dari tiga buah komponen, yaitu rangka mesin yang terdiri atas aktuator dan pompa hidrolik sebagai tenaga penggerak, panel kontrol, dan komputer sebagai pengontrol. Kerangka mesin dengan palang atas dan bawah terdiri dari alat pengukur pembebanan “servo-hydraulic actuator”, alat pengukur perpindahan dengan LVDT (Linearly Variable Differential Transformer), katup penggerak, akumulator dan meperlihatkan bagian elektronik untuk mengontrol sinyal kondisi dan rangkaian. Semua data pengujian disimpan secara otomatis oleh komputer.
Gambar II.15 Alat Pencampur, Alat Pemadat dan Cetakan Sampel untuk Uji Kelelahan (Fatigue Test)
II.6 Hasil Penelitian Terdahulu II.6.1 Penelitian Geosintetik
Affandi (1995) melakukan penelitian tentang pengaruh pemasangan geotekstil pada lapisan aspal skala laboratorium. Beban berulang/siklik digunakan untuk menentukan pengaruh penggunaan geosintetik pada lapisan aspal terhadap umur kelelahan dan mendapatkan hubungan antara beban berulang, deformasi, dan retak untuk posisi geosintetik yang berbeda pada lapisan aspal. Pemasangan geosintetik pada bagian bawah benda uji dapat menurunkan regangan sebesar 75% sampai 90% untuk beban tetap sebesar 6,4 kg/cm2, luas bidang kontak 7,5 x
7,5 cm2 dan frekuensi beban 10, 20, 50, 100, dan 150 siklus per menit. Hasil
pengujian menunjukkan bahwa lapisan aspal yang menggunakan geosintetik mengalami peningkatan umur kelelahan menjadi 4,0 sampai 5,2 kali umur
kelelahan benda uji yang tidak menggunakan geosintetik. Efektifitas geosintetik terhadap peningkatan umur kelelahan tergantung pada letak geosintetik pada benda uji aspal. Dari penelitian tersebut disimpulkan bahwa posisi pemasangan geosintetik yang paling efektif dalam meningkatkan kinerja lapisan aspal terhadap kelelahan dan regangan adalah pada ¼ sampai 1/5 tebal dari bagian bawah benda uji.
Afandi (1996) melakukan uji coba skala penuh pada tiga segmen jalan antara Garut dan Tasikmalaya, km. 113+000 sampai km. 113+200. Segmen pertama menggunakan geotekstil, segmen kedua menggunakan polypropylene geogrid dan yang ketiga tanpa geogrid atau geotekstil. Evaluasi kinerja dari jalan ini menunjukkan bahwa segmen-segmen yang menggunakan geosintetik menunjukkan penurunan deformasi, penurunan sudut deformasi balik dan tegangan horizontal dan vertical. Dari penelitian tersebut menunjukkan dapat diambil kesimpulan, bahwa secara umum polypropylene geogrid lebih efektif daripada geotekstil dalam hal mengurangi deformasi dan regangan. Geotekstil mengurangi deformasi sebesar 5%, dan mengurangi regangan horizontal sebesar 14% sedangkan geogrid mengurangi deformasi sebesar 17% dan regangan horizontal sebesar 44%. Hasil analisis dari data ini mengindikasikan bahwa geotekstil telah meningkatkan umur kelelahan lebih panjang 1,4 kali dan geogrid meningkatkan umur kelelahan 1,9 sampai 4,6 kali.
Syahrial (2000) menunjukkan bahwa pemasangan geotekstil pada posisi satu sentimeter dari bagian bawah benda uji aspal beton berhasil memperbaiki karakteristik kelelahan aspal beton. Nilai effectiveness factor, yaitu rasio antara umur kelelahan aspal beton yang memakai geotekstil dengan yang tidak, pada tingkat tegangan yang diberikan berkisar antara 6,01 sampai dengan 8,83. Tetapi pemakaian ge0tekstil tidak memberikan pengaruh pada kekuatan awal dan regangan awal aspal beton. Rasio kekakuan awal antara aspal beton yang diperkuat dan tidak diperkuat adalah 1,07 dan rasio regangan awal berkisar antara 0,95 sampai dengan 0,98.
Rasio antara jumlah siklus penjalaran retak pada aspal beton yang memakai geotekstil dengan yang tidak berkisar antara 39,74 sampai dengan 43,37. Jumlah siklus untuk terjadinya retak awal juga lebih besar pada aspal beton yang mengandung geotekstil.
Analisis mekanisme retak pada aspal beton yang diperkuat dengan geotekstil menunjukkan bahwa penjalaran retak tertahan oleh geotekstil untuk sejumlah siklus tertentu sebelum menjalar naik ke permukaan.
Fauzi (2000) melakukan pengujian karakteristik kelelahan dengan memasang lembaran geokomposit satu sentimeter dari bagian bawah benda uji aspal beton berbentuk balok dapat meningkatkan umur kelelahan menjadi 24,86 sampai 39,50 kali pada tingkat tegangan tertentu.
Analisis mekanisme retak menunjukkan bahwa penjalaran retak tertahan oleh lembaran geokomposit dan laju penjalaran retak menurun. Retak awal timbul di daerah bagian bawah geokomposit dan menjalar secara mendatar ke kanan atau ke kiri di luar daerah momen maksimum di atas geokomposit. Setelah terjadi pemisahan antara campuran dan geokomposit timbul retak yang menjalar ke atas permukaan benda uji. Mekanisme retak aspal beton yang tidak mengandung geokomposit menghasilkan penjalaran retak dengan waktu singkat. Retak awal timbul di bagian bawah benda uji di daerah momen maksimum dan menjalar ke atas ke permukaan benda uji. Mekanisme ini mengindikasikan bahwa keruntuhan benda uji selalu merupakan akibat dari tegangan maksimum yang diterima.
Jumlah siklus penjalaran retak untuk aspal beton mengandung geokomposit dari 35.493 sampai 899.008 siklus dan untuk aspal beton tidak mengandung geokomposit dari 417 sampai 3.772 siklus. Rasio jumlah siklus penjalaran retak antara benda uji mengandung geokomposit dan tidak mengandung geokomposit berkisar dari 85,1 sampai 238,3. hasil di atas mengindikasikan bahwa geokomposit telah menurunkan laju penjalaran retak.
Tetapi pemasangan geokomposit tidak mempengaruhi kekakuan awal atau regangan awal. Rasio kekakuan awal antara aspal beton yang mengandung dan tidak mengandung geokomposit adalah 1,07 dan rasio regangan awal antara aspal
beton yang mengandung dan tidak mengandung geokomposit berkisar dari 0,97 sampai 0,98.
Suhadmal (2007) melakukan uji coba skala laboratorium yaitu pengujian kinerja kelelahan pada campuran beton aspal lapis aus (AC-WC) dengan perkuatan geogrid, Pengujian dilakukan dengan mengukur kinerja kelelahan pada perkerasan tanpa dan dengan perkuatan polyester geogrid combined with ultra-light nonwoven dimana pada perkerasan yang memakai geogrid terdapat dua posisi pemasangan geogrid, yaitu di ¼ tebal dari bagian bawah benda uji dan pada ½ tebal dari bagian bawah benda uji serta ada dua cara pemasangan geogrid pada ½ tebal bagian bawah benda uji yaitu dengan dan tanpa tack coat. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa:
a. Pemasangan geotekstil dengan tack coat pada ¼ tebal dari bagian bawah benda uji campuran Laston Lapis Aus (AC-WC) berbentuk balok dapat meningkatkan umur kelelahan (Nf) dan deformasi kumulatif. Rasio
peningkatan umur kelelahan berkisar dari 3,001 sampai 12,215 kali dan rasio peningkatan deformasi kumulatif berkisar dari 1,731 sampai 1,936 kali, tergantung pada tingkat tegangan.
b. Pemasangan geotekstil dengan tack coat pada ½ tebal dari bagian bawah benda uji Campuran Laston Lapis Aus (AC-WC) berbentuk balok dapat meningkatkan umur kelelahan (Nf) dan deformasi kumulatif yang mampu diterima menjadi 1,908 sampai 2,174 kali pada tingkat tegangan yang diberikan. Namun hampir tidak memberikan pengaruh positif terhadap umur kelelahan, rasio perbandingan umur kelelahan berkisar dari 0,580 sampai 1,398 kali, tergantung pada tingkat tegangan yang diberikan.
c. Pemasangan geogrid tanpa tack coat pada ½ tebal dari bagian bawah benda uji campuran Laston Lapis Aus (AC-WC) berbentuk balok menurunkan umur kelelahan menjadi 0,288 sampai 0,840 kali pada tingkat tegangan yang diberikan. Namun tidak mempengaruhi deformasi kumulatif, rasio perbandingan deformasi kumulatif berkisar dari 0,723 sampai 1,226 kali, tergantung pada tingkat tegangan.
d. Campuran Laston Lapis Aus (AC-WC) yang diperkuat dengan pemasangan geogrid dengan tack coat pada ¼ tebal bagian bawah benda uji mengalami perubahan regangan tarik awal (ε) yang cenderung lebih kecil pada setiap tingkat tegangan dibandingkan dengan campuran yang lain. Ini menandakan lebih sulit mengalami regangan. Apabila dilihat dari kecenderungan kecilnya tegangan tarik awal tersebut, terlihat bahwa campuran ini mempunyai modulus kekakuan yang lebih tinggi dibanding campuran yang lain.
e. Pada Campuran Laston Lapis Aus (AC-WC) tanpa perkuatan geogrid, retak awal selalu terjadi di daerah momen lentur maksimum dan menjalar mulai dari bawah terus naek ke permukaan. Analisis mekanisme retak pada benda uji yang diperkuat geogrid pada ¼ maupun ½ tebal dari bagian bawah menunjukkan bahwa penjalaran retak tertahan oleh agregat dan laju penjalaran retak menurun sebelum menjalar naik ke permukaan.
Taesiri, Dr.Yongyuth dkk, (2004) meneliti penggunaan geogrid PGM yang diterapkan di lapangan pada proyek rehabilitasi Rute No. 2 Provinsi Saraburi ke Provinsi Nakhon Ratchasrima Thailand mulai dari km 127 ke km 210 (83km).
Jenis geogrid yang digunakan adalah PGM – 14 berupa nonwoven continuously filament needle punched 100% polypropylene geotextile. Spesifikasi PGM-14 dapat dilihat pada Tabel II.11
Tabel II.11 Spesifikasi Teknis Geotekstil
Properties Test method Specification Polyfelt PGM 14 Grab tensile strength ASTM D 4632 > 450 N 520 N Grab elongation ASTM D 4632 > 50 % > 50 % Mass per unit area ASTM D 5261 > 140 g/m2 140 g/m2 Asphalt retention ASTM D 6140 > 0.8 liter/m2 1.1 liter/m2 Melting point ASTM D 276 > 150 oC 165 oC Sumber: Taesiri, Dr.Yongyuth dkk, (2004).
Sebelum PGM 14 digelar, lapis perekat jenis aspal emulsi CRS - 2 disemprotkan terlebih dahulu ke perkerasan lama unhtuk mendapatkan ikatan yang sempurna antara PGM 14 dengan perkerasan lama. Nilai penyebaran tack coat adalah sebesar 1,6 lt/m2 (70% bitumen) dan tack coat mempunyai nilai penetrasi 90 – 200. Dalam proses penggelaran lapis aspal overlay yang perlu diperhatikan adalah suhu aspal overlay tidak melebihi titik leleh (melting point) dari PGM 14 untuk mencegah agar PGM 14 tidak meleleh dan rusak. Nilai penyebaran tack coat pada PGM 14 sebesar 1,6 lt/m2 cukup banyak dan mahal dari segi ekonomis, hal ini dikarenakan material PGM 14 merupakan material yang cukup tinggi dalam menyerap aspal/ tack coat.
Hasil test di publikasikan oleh Alun Regional Road Laboratory di Prancis yang meneliti manfaat geogrid dalam menyerap tegangan pada setiap lapisan. Dari hasil tes tersebut dapat di tarik kesimpulan bahwa PGM 14 efektif dalam mengurangi dan menurunkan retak dimana kurva retak semakin landai terhadap waktu, hal ini mengindikasikan bahwa PGM 14 mengurangi siklus penjalaran retak dan secara efektif memperpanjang umur perkerasan lebih dari 2 kali dibandingkan perkerasan yang tidak menggunakan PGM 14. Kondisi tersebut di dapat apabila metode pelaksanaan pemasangan PGM 14, pemilihan jenis dan jumlah penyebaran tack coat dilakukan secara benar. Gambar II.16 memperlihatkan penjalaran retak pada campuran aspal.
Gambar II.16 Penjalaran Retak Pada Campuran Aspal A : 40mm Asphalt Concrete C : 20mm sand + 60mm Asphalt Concrete B : 60mm Asphalt Concrete D : PGM 14 + 60mm Asphalt Concrete
II.6.2 Penelitian Lapis Perekat (Tack Coat)
Yulianto, A, (2000) melakukan penelitian skala laboratorium dengan meninjau kuat geser aspal cair dan aspal emulsi sebagai tack coat antara wearing dan binder course. Penelitian ini dilakukan dengan membuat benda uji binder course dan wearing course, kemudian dipadatkan dengan menggunakan Gyratory Compactor (Gyropac), sedangkan benda uji perkerasan lama diambil dengan cara coredrill. Untuk melekatkan antar lapisan perkerasan disemprotkan tack coat dengan bahan aspal cair tipe MC-250 dan aspal emulsi tipe CRS-1 dengan divariasikan penyebarannya antara 0,11 l/m2 hingga 0,5 l/m2. pengujian kuat geser tack coat dilakukan dengan pembuatan modifikasi pada alat Marshall.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat geser tack coat untuk penggunaan jenis CRS-1 pada pada penyebaran 0,2 l/m2 hingga 0,5 l/m2 akan menghasilkan kuat geser sebesar 50.652 kg/m2 hingga 65.411 kg/m2 pada perkerasan baru – baru, sedangkan pada perkerasan baru – lama kuat geser sebesar 44.295 kg/m2 hingga 71,773 kg/m2. Tack coat jenis MC-250 ada penyebaran 0,2 l/m2 hinga 0,5 l/m2 akan menghasilkan kuat geser sebesar 22,115 kg/m2 hingga 41.115 kg/m2 pada perkerasan baru – baru sedang pada perkerasan lama – baru kuat geser sebesar 25.557 kg/m2 hingga 37.227 kg/m2. Kuat geser tack coat bahan CRS – 1 mempunyai kuat geser maksimum 65.417 kg/m2 pada penyebaran 0.3 l/m2 pada perkerasan baru – baru dan pada perkerasan lama – baru kuat geser maksimal sebesar 71.773 kg/m2 pada penyebaran 0,2 l/m2. kuat geser tack coat pada perkerasan baru – baru dengan bahan MC – 250 kuat geser maksimum 41.115 kg/m2 pada penyebaran 0,3 l/m2, sedang perkerasan lama – baru pada penyebaran 0,2 l/m2 kuat geser maksimum sebesar 37.277 l/m2. rekomendasi penggunaan tack coat jenis CRS 1 perkerasan baru – baru pada penyebaran 0,3 l/m2, sedang pada perkerasan lama – baru pada penyebaran 0,3 l/m2. rekomendasi untuk penggunaan tack coat jenis MC – 250 untuk perkerasan baru – baru pada penyebaran 0,3 l/m2, sedang perkerasan lama – baru pada penyebaran 0,2 l/m2.
Flexible Pavements of Ohio, (2001) memberikan rekomendasi yang berbeda akan
besarnya penyebaran tack coat pada perkerasan lentur, hal ini disesuaikan dengan iklim dan kondisi yang ada di Negara bagian Ohio yang tentunya berbeda dengan
iklim dan kondisi di Indonesia. Tabel II.12 memperlihatkan rekomendasi penyebaran tack coat pada beberapa jenis dan kondisi perkerasan aspal eksisting.
Tabel II.12 Rekomendasi Penyebaran Tack Coat pada Beberapa Jenis dan Kondisi Perkerasan Aspal Eksisting
Application Rate in liters/m2 (gallons/yd2) Existing Pavement
Condition
Residual Undiluted Diluted 1:1 with Water New HMA (0,03 - 0,04) 0,14 - 0,18 (0,05 - 0,07) 0,23 - 0,32 (0,10 - 0,13) 0,45 - 0,59 Oxidized HMA (0,04 - 0,06) 0,18 - 0,27 (0,07 - 0,10) 0,32 - 0,45 (0,13 - 0,20) 0,59 - 0,91 Milled HMA (0,06 - 0,08) 0,27 - 0,36 (0,10 - 0,13) 0,45 - 0,59 (0,20 - 0,27) 0,91 - 1,22 Milled PCC (0,06 - 0,08) 0,27 - 0,36 (0,10 - 0,13) 0,45 - 0,59 (0,20 - 0,27) 0,91 - 1,22 PCC (0,04 - 0,06) 0,18 - 0,27 (0,07 - 0,10) 0,32 - 0,45 (0,13 - 0,20) 0,59 - 0,91
Residuals: The application rate of just the asphalt binder content of the emulsion Undiluted: The application rate of the undiluted emulsion
Diluted 1:1 with Water: The application rate of an emulsion diluted 1:1 with water
