Analysis Of Pavement Structure Using SAP-2000 Software Aplicated To North Ring Road Sragen

commit to user

ANALISIS STRUKTUR PERKERASAN JALAN

MENGGUNAKAN SOFTWARE SAP-2000

APLIKASI PADA RUAS JALAN LINGKAR UTARA SRAGEN

Analysis Of Pavement Structure Using SAP-2000 Software

Aplicated To North Ring Road Sragen

SKRIPSI

Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Disusun Oleh:

SUJIANTO

I 1107073

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

commit to user KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah, dengan izin Allah swt skripsi ini dapat terselesaikan.

Selama pengerjaan skripsi ini, penyusun telah mendapatkan banyak dukungan dan

bantuan dari berbagai pihak. Karenanya, perkenankan penyusun untuk

mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

2. Pimpinan dan staf Administrasi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. Ir. Ary Setiyawan, MSc(Eng), PhD dan Edy Purwanto, ST, MT selaku Dosen

Pembimbing skripsi yang telah meluangkan banyak waktunya untuk

membimbing dan mengarahkan.

4. Ir. Djumari, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik, atas segala saran dan

dorongan selama menempuh studi.

5. Teman-teman seangkatan Sipil 2007 serta teman-teman kos Fitnes yang saya

sayangi.

6. Berbagai pihak yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.

Penyusun menyadari bahwa skripsi ini masih banyak mengandung kekurangan,

karenanya saran dan kritik membangun sangat penyusun harapkan. Akhirnya,

penyusun berharap apa yang telah penyusun hasilkan ini dapat memberikan

manfaat sebesar-besarnya bagi pihak yang membutuhkan.

Surakarta, Januari 2012

commit to user

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan mengucap puji syukur kepada Allah SWT, akhirnya penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul “Analisis Struktur Perkerasan Jalan dengan Menggunakan Software SAP 2000 Aplikasi pada Ruas Jalan Lingkar Utara

Sragen” dapat diselesaikan dengan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada

kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada:

1. Rektor Universitas Sebelas Maret Surakarta

2. Ir. Bambang Santosa, MT selaku ketua jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. Edy Purwaanto, ST, MT selaku pembimbing dan ketua program swadana

transfer jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

4. Ir. Ary Setiyawan, MSc, PhD selaku Pembimbing yang telah banyak

memberikan masukan, bimbingan, dan saran pada setiap tahapan penyusunan

skripsi ini.

5. Ir. Djumari, MT, selaku Pembimbing Akademik yang telah membantu dalam

proses administrasi perkuliahan.

6. Segenap Staf Pengajar Program Studi Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret

Surakarta, yang telah banyak membantu penulis selama menempuh

perkuliahan.

7. Ayah dan ibu atas segala curahan kasih sayang dan iringan do’anya di setiap

langkah dan waktuku.

8. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini,

yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Semoga bantuan yang telah bapak-ibu berikan mendapat balasan yang luar biasa

dari Tuhan. Amin.

commit to user

2.2.7 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan ... 19

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 20

3.6.5.1 Analisa Struktur Perkerasan dengan SAP-2000 ... 27

3.6.6 Tahap Evaluasi Hasil Output Analisis SAP-2000 ... 31

BAB IV HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN……...……… 32

4.1 Data Kondisi Umum ... 32

4.1.1 Data Kondisi Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen ... 32

4.1.2 Desain Perbaikan Struktur Perkersan pada Pelaksanaan Rehabilitasi Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen ... 33

4.1.2.1 Desain Perkerasan Jalan dengan Perkerasan Lentur (Flexble Pavement) ... 33

4.1.2.1 Desain Perkerasan Jalan dengan Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) ... 35

4.2 Analisis Struktur Perkerasan pada Jalan Lingkar Utara Sragen ... 38

4.2.1 Pembebanan Beban Gandar Rencana ... 38

4.2.2 Parameter Analisis Struktur Subgrade Jalan ... 39

commit to user

4.2.2.2 Modulus Reaksi Tanah Dasar (Ks) ... 40

4.2.2.3 Modulus Elastisitas Tanah Dasar (Es) ... 41

4.2.2.4 Angka Poisson’s Ratio () ... 41

4.2.2.5 Daya Dukung Tanah Ultimit (qu) ... 42

4.2.2.6 Lendutan Ijin (δ) ... 42

4.2.3 Data Umum Analisis Struktur Perkerasan dengan Program SAP-2000 ... 42

4.2.4 Analisis Struktur Perkerasab dengan SAP 2000 ... 44

4.2.4.1 Struktur Perkerasan Lentur (flexible Pavement) ... 44

4.2.4.2 Struktur Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) ... 57

4.3 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan Pada Pelaksanaan Renabilitasi Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen ... 70

4.3.1 Evaluasi Hasil Analisa Struktur Perkerasan dengan SAP 2000 ... 70

4.3.1.1 Evaluasi Momen Struktur Perkerassan Lentur dan Struktur Perkerasan Kaku dengan SAP 2000 ... 70

4.3.1.2 Evaluasi Tegangan Struktur Perkerassan Lentur dan Struktur Perkerasan Kaku dengan SAP 2000 .. 72

4.3.1.3 Evaluasi Deformasi Struktur Perkerassan Lentur dan Kaku pada Taah Dasar ... 74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 77

5.2 Saran ... 78

DAFTAR PUSTAKA ... 79

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Peta Lokasi Kabupaten Sragen ... 2

Gambar 2.1.a Konfigurasi Struktur Perkerasan Lentur ... 14

Gambar 2.1.b Konfigurasi Struktur Perkerasan Kaku ... 15

Gambar 2.2 Konfigurasi Elemen SHELL ... 16

Gambar 2.3 Geometri dan transisi meshing Elemen SHELL ... 17

Gambar 3.1 Peta Lokasi Penelitian ... 20

Gambar 3.2 Bagan Alir Penelitian ... 22

Gambar 3.3 Kegiatan Survei Kondisi Eksisting Perkerasan... 23

Gambar 3.4 Pilihan Template Model ... 25

Gambar 3.5 Pemodelan Grafis Struktur Perkerasan ... 26

Gambar 3.6 Pendefisian Material pada SAP 2000 ... 26

Gambar 4.2 Tipikal Potongan Melintang Desain Overlay Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen ... 34

Gambar 4.3 Tipikal Potongan Melintang Desain Perkerasan Jalan Beton Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen ... 36

Gambar 4.4 Design Axle Load Standard Axle Load = 80 KN = 8,16 ton ... 37

Gambar 4.5 Ekivalensi luas bidang kontak lingkaran ... 37

Gambar 4.6 Bidang Kontak beban roda ... 38

Gambar 4.7 Hubungan antara ks dan CBR ... 39

Gambar 4.8 Model tumpuan pegas pada perkerasan Lentur ... 49

Gambar 4.9 Pemodelan Struktur Perkerasan Lentur dengan SAP-2000 ... 51

commit to user

Gambar 4.11 Tegangan Tanah Dasar Perkerasan Lentur dengan SAP-2000 ... 54

Gambar 4.12 Pola Diagram Lendutan Perkerasan Lentur dengan SAP-2000 ... 56

Gambar 4.13 Model Tumpuan Pegas pada Perkerasan Kaku ... 61

Gambar 4.14 Pemodelan Struktur Perkerasan Kaku dengan SAP-2000 ... 63

Gambar 4.15 Diagram Momen Perkerasan Kaku dengan SAP-2000 ... 64

Gambar 4.16 Tegangan Tanah Dasar Perkerasan Kaku dengan SAP-2000 ... 66

Gambar 4.17 Pola Diagram Lendutan Perkerasan Kaku dengan SAP-2000 ... 68

Gambar 4.18 Perbandingan Momen Perkerasan Lentur dan Perkerasan Kaku ... 70

Gambar 4.19 Diagram Tegangan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar dengan SAP-2000 Kaku ... 72

Gambar 4.20 Diagram Lendutan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar dengan SAP-2000 ... 75

commit to user

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jangkauan Nilai Banding Poisson’s Ratio ... 13

Tabel 3.1 Data dan Sumber Data ... 20

Tabel 4.1 Paket Pemeliharaan Berkala Jalan dan Peningkatan Jalan Tahun 2011 ... 32

Tabel 4.2 Berat Jenis Tanah (Gs) ... 38

Tabel 4.3 Jangkauab Nilai Banding Poisson’s Ratio ... 40

Tabel 4.4 Data Umum Analisis Struktur Program SAP 2000 ... 42

Tabel 4.5 Persyaratan Agregat untuk Campuran Laston (AC) ... 43

Tabel 4.6 Nilai Tegangan Tanah Dasar Perkersan Lentur dengan SAP 2000 ... 53

Tabel 4.7 Nilai Lendutan Tanah Dasar Perkersan Lentur dengan SAP 2000 ... 55

Tabel 4.8 Nilai Tegangan Tanah Dasar Perkersan Kaku dengan SAP 2000 ... 65

Tabel 4.9 Nilai Lendutan Tanah Dasar Perkersan Kaku dengan SAP 2000 ... 67

Tabel 4.10 Hasil Evaluasi Analisis Momen Struktur Perkerasan Lentur Dan Kaku ... 70

Tabel 4.11 Evaluasi Tegangan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar Dengan SAP 2000 ... 71

Tabel 4.12 Hasil Evaluasi Analisis Tegangan Struktur Perkerasan Lentur dan Kaku pada Tanah Dasar dengan SAP-2000 ... 73

Tabel 4.13 Evaluasi Lendutan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar dengan Dengan SAP 2000 ... 74

commit to user

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Data Sekunder

Lampiran B Hasil Analisis Perjerasan Lentur dengan SAP 2000

Lampiran C Hasil Analisis Perjerasan Kaku dengan SAP 2000

commit to user

DAFTAR NOTASI

AC : Asphalt Concrete

ACWC : Aspalt Concrete Wearing Course

ACBC : Aspalt Concrete Binder Course

BS : Beban Sumbu

c : Kohesi Tanah

CBR : California Bearing Ratio

E : Modulus Elastisitas

Es : Modulus Elastisitas Tanah

Ec : modulus Elastisitas Beton

e : Angka Pori

ESAL : Equivalent Standart Axle Load

f’c : Kuat Tekan Karakteristik Beton fs : Kuat Lentur Karakristik Beton

FEM : Fiinite Element Method

G : Modulus Geser

Gmm : Berat Jenis Maksimum Campuran Agregat

Gse : Berat Jenis Efektif Agregat

Gb : Berat Jenis Aspal

Gs : Specific Grafity

ITP : Indek Tebal Perkerasan

j1,j2.j3 : Titik nodal

Ks : Modulus Reaksi Tanah Dasar

Kv : Modulus Reaksi Tanah Dasar Arah Vertikal

Kh : Modulus Reaksi Tanah Dasar Arah Horisontal

k1,k2,k3 : Konstanta kekakuan pegas

Mr : Modulus Resilient

MESL : Membranes Encapsulated Soil Layer

m : Massa Jenis

n : Angka Pori

commit to user

Ps : Persentase Agregat terhadap Total Campuran

Pb : Kadar Aspal total

P1,P2,P3 : Persentase Masing-masing Fraksi Agregat

PSI : Pavement Servisibility Index

PI : Plasticity Index

PL : Plastic Limit

P1,P2,P3: : Nilai kondisi perkerasan jalan (%) qu : Daya dukung Tanah Ultimit SAP : Structure analysis Programme

Sb : Kekakuan Aspal

SI : Susut Indeks

SL : Shringkage Limit

SN : Structure Number

Smix : Modulus Elastisitas Campuran

UCS : Unconfined Compresive Strength

VMA : Rongga dalam Agregat

w : Berat Jenis

WLC : Wet Lean Concrete ѡ : Kadar Air

 : Sudut Geser Dalam

µ : Konstatanta Poison

ѡoptimum : Kadar Air Optimum

 : Berat Isi Tanah

commit to user

ABSTRAK

Sujianto, 2012 Analisis Struktur Perkerasan Jalan Dengan Menggunakan Software SAP 2000 Aplikasi Pada Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen, Skripsi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret surakarta.

Salah satu jalur transportasi lintas tengah yang yang berperan penting dalam pendisteribusian barang dari Jawa Tengah dan Jawa Timur adalah ruas Jalan Lingkar Utara Sragen. Pada saat ini pada jalan Lingkar Utara Sragen sedang dilakukan perbaikan, baik dengan menggunakan perkerasan lentur maupun dengan menggunakan perkerasan kaku. Penelitian ini bertujuan menganalisis dan mengevaluasi stabilitas struktur perkerasan eksisting berdasarkan angka keamanan terhadap lendutan dan tegangan.

Metode penelitian dilakukan dengan menganalisis 2 (dua) tipe desain rehabilitasi struktur perkerasan yaitu struktur perkerasan lentur yang terdiri dari lapisan ACWC 4 cm, lapisan ACBC 6 cm, AC Base 8 cm, dan struktur perkerasan kaku yang terdiri dari lapisan beton semen bertulang 28 cm, lapisan WLC 10 cm. Analisis dilakukan dengan program berbasis metode elemen hingga yaitu SAP-2000. Dalam proses analisis dengan SAP-2000, massa tanah dasar dimodelkan sebagai kumpulan pegas (elastic spring) yang berdiri sendiri dan tidak saling berhubungan sedangkan struktur perkerasan dimodelkan dengan elemenshell.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa momen maksimal yang terjadi pada struktur perkerasan kaku adalah sebesar 1,462 Kg.cm, sedangkan untuk perkerasan lentur sebesar 48,830 Kg.cm dan tegangan yang terjadi pada struktur perkerasan kaku sebesar 0,346 Kg/cm2 sedangkan untuk perkerasan lentur sebesar 0,284 Kg/cm2 sedangkan lendutan yang terjadi pada struktur perkerasan kaku adalah sebesar 0,078 cm dan lendutan untuk perkerasan lentur sebesar 0,064 cm. Desain struktur perkerasan lentur yang terdiri dari lapisan ACWC 4 cm, lapisan ACBC 6 cm, laisan AC Base 8 cm, dan struktur perkerasan kaku yang terdiri dari perkerasan beton semen bertulang 28 cm, lapisan WLC 10 cm dapat dipakai untuk rehabilitasi ruas jalan Lingkar Utara Sragen.

ABSTRACT

Sujianto, 2012 Analysis Of Pavement Structure Using SAP 2000 Software Applicatied to North Ring Road Sragen, Thesis of Civil Engineering Department of Engineering Faculty, University of Sebelas MaretlSurakarta.

One of the transportation routes that has an important role in the distribution of goods from Central Java and East Java is the road of Ring Road North Sragen. At this time improvements are being done on the North Ring Road Sragen not only by using a flexible pavement and also rigid pavemen. This study aims to analyze and evaluate stability of the existing pavement structure based on the safety number of deflections and tension.

Methods of research carried out by analyzing the 2 (two) types of pavement structure of rehabilitation desaign that are flexible pavement structure that consist of 4 cm ACWC layer, 6 cm ACBC, 8 cm AC Base, and rigid pavement structure consist of 28 cm reinforced cement concrete layer, 10 cm WLC layer. Analyses were performed with a program based on finited element method that is SAP-2000. In the analysis process using SAP-2000, the mass of the sub grade is modeled as a set of springs (elastic spring) that are independent and not interrelated while the pavement structure is modeled with shell elements.

The result showed that the maximum moment occurred in rigid pavement structure was equal to 1,462 Kg.cm, whereas for flexible pavement is equal to 48,830 Kg.cm and the tension that occurred in a rigid pavement structure equal to 0,346 Kg/cm² while for flexible pavement equal to 0,284 Kg/cm² while the deflections that occurs on a rigid pavement structure was equal to 0,078 cm and for flexible pavement equal to 0,064 cm. desaign of flexible pavement structure consisting of 4 cm ACWC layer, 6 cm ACBC layer, 8 cm AC Base layer and rigid pavement structure consisting of 28 cm reinforced cement concrete pavement, 10 cm WLC layer could be used for rehabilitations of road of North Ring Road Sragen.

commit to user

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pertumbuhan ekonomi Indonesia saat ini berkembang sangat pesat, hal ini

mengakibatkan kepadatan sistem transportasi jalan raya semakin meningkat. Di

Indonesia sistem pendistribusian barang masih didominasi transportasi darat,

sehingga truk atau armada pengangkut barang merupakan elemen penting dalam

sistem pendistribusian barang. Dengan demikian apabila pendistribusian

terhambat maka akan berimbas pada kestabilan ekonomi yaitu akan terjadi

kenaikan harga barang dikarenakan biaya operasional yang dikeluarkan

mengalami penambahan.

Salah satu jalur transportasi lintas tengah yang yang berperan penting dalam

pendisteribusian barang dari Jawa Tengah dan Jawa Timur (Solo-Surabaya)

adalah ruas Jalan Lingkar Utara Sragen. Ruas jalan ini sering mengalami

kerusakan struktural jalan cukup parah yang sehingga akan menghambat

pendistribusian barang dari Jawa Tengah menuju ke Jawa Timur.

Pada saat ini pada jalan Lingkar Utara Sragen sedang dilakukan perbaikan, baik

dengan menggunakan perkerasan lentur maupun dengan menggunakan perkerasan

kaku. Untuk daerah-daerah yang mengalami kerusakan cukup parah maka untuk

perbaikannya digunakan perkerasan kaku, sedangkan untuk daerah-daerah yang

mengalami kerusakan tidak begitu parah maka cukup menggunakan perkerasan

lentur.

Kabupaten Sragen sendiri merupakan jalur transportasi lintas tengah yang

menghubungkan Jawa Tengah dan Jawa Timur (Solo-Surabaya) sehingga

mengakibatkan tingkat aksesbilitas dan mobilitas yang cukup tinggi. Hal ini

memberikan keuntungan yang besar bagi Kabupaten Sragen sebagai modal dasar

pengembangan wilayahnya sehingga perlu didukung dengan ketersediaan sarana

dan prasarana transportasi yang baik, agar dapat memperlancar perkembangan

Kabupaten Sragen lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1.1. Peta Lokasi

Kabupaten Sragen, sebagai berikut :

Gambar 1.1. Peta Lokasi Kabupaten Sragen

Struktur perkerasan jalan dalam menjalankan fungsinya berkurang sebanding

dengan bertambahnya umur perkerasan dan bertambahnya beban lalu lintas yang

dipikul dari kondisi awal desain perkerasan tersebut. Lalu lintas yang semakin

padat dan berkembang seiring dengan perkembangan disegala aspek kehidupan.

Umur perkerasan jalan ditetapkan pada umumnya berdasarkan jumlah kumulatif

lintasan kendaraan standar (CESA, cummulative equivalent standar axle) yang

diperkirakan akan melalui perkerasan tersebut, diperhitungkan dari mulai

perkerasan tersebut dibuat dan dipakai umum sampai dengan perkerasan tersebut

dikategorikan rusak (habis nilai pelayanannya). Pertumbuhan ekonomi yang cepat

menuntut suatu permintaan pelayanan pada transportasi jalan yang lebih baik,

commit to user

yang cenderung berlebih. Jalan-jalan raya saat ini mengalami kerusakan dalam

waktu yang relatif sangat pendek (kerusakan dini) baik jalan yang baru dibangun

maupun jalan yang baru diperbaiki (overlay). Beberapa hasil penelitian yang telah

dilakukan, penyebab utama kerusakan jalan adalah mutu pelaksanaan, drainase,

dan beban berlebih. Kerusakan jalan saat ini menjadi suatu yang kontroversial

dimana satu pihak mengatakan kerusakan dini pada perkerasan jalan disebabkan

karena jalan didesain dengan tingkat kualitas dibawah standar dan di pihak lain

menyatakan kerusakan dini perkerasan jalan disebabkan terdapatnya kendaraan

dengan muatan berlebih (overloading) yang biasanya terjadi pada kendaraan

berat.

Agar didapatkan desain struktur perkerasan yang baik maka melakukan analisis

struktur perkerasan jalan sangat diperlukan untuk mengetahui karakteristik dari

tanah pada subgrade jalan dan perilaku struktur perkerasan jalannya itu sendiri

yang dapat dilihat dari nilai besaran gaya-gaya dalam, tegangan dan lendutan yang

terjadi berdasarkan hasil analisis struktur perkerasan jalan tersebut. Untuk

menganalisa struktur perkerasannya dilakukan dengan memakai alat bantu

program SAP-2000.

Program SAP-2000 yang mengadopsi metode elemen hingga linier elastik model

3 dimensi dapat digunakan untuk menghitung tegangan regangan pada perkerasan

overlay sehingga dapat dipakai untuk memprediksi besaran retak reflektif yang

terjadi pada perkerasanoverlay(Sousa dkk, 2005).

Topik dalam skripsi ini adalah membahas tentang “Analisis Struktur Perkerasan

Jalan dengan Menggunakan Software SAP 2000 Aplikasi Pada Ruas Jalan

Lingkae Utara Sragen”. Hasil analisis struktur perkerasan lentur dan perkerasan

kaku yang ditinjau berupa besaran tegangan dan lendutan. Nilai-nilai besaran

tersebut merupakan hasil dari perhitungan analisis struktur perkerasan jalan

dengan menggunakan SAP-2000.

Sebagai input program, dicoba membuat data buatan dengan spesifikasi untuk

lapisan Asphalt Concrete Base (AC-Base) tebal 8 cm. Sedangkan untuk

perkerasan kaku menggunakan lapisan perkerasan beton semen bertulang tebal 28

cm dan lapisan beton kurus tebal 10 cm. Analisis struktur perkerasan lentur dan

perkerasan kaku dilakukan terhadap parameter perpindahan/lendutan, tegangan,

dan gaya-gaya dalam. Analisis tersebut selanjutnya digunakan untuk

mengevaluasi baik tidaknya struktur perkerasan jalan tersebut. Struktur perkerasan

dianggap mempunyai stabilitas struktur yang baik apabila hasil analisis lendutan

dan tegangan yang terjadi akibat pembebanan pada struktur perkerasan tidak

melebihi lendutan dan kapasitas daya dukung dari tanah dasarnya.

1.2 Rumusan Masalah

Dari uraian latar belakang di atas permasalahan yang akan dibahas dalam

penelitian ini dirumuskan sebagai berikut:

1. Bagaimanakah analisis struktur desain perkerasan jalan pada ruas jalan lingkar

utara Sragen dengan program SAP-2000?

2. Bagaimanakah evaluasi hasil analisis struktur perkerasan jalan pada ruas jalan

lingkar utara sragen berdasarkanoutputprogram SAP-2000?

1.3 Batasan Masalah

Pembahasan permasalahan dalam skripsi ini memerlukan batasan guna

mendapatkan solusi yang sesuai dengan permasalahan yang ada. Batasan tersebut

adalah:

1. Tidak melakukan peninjauan terhadap penanganan perbaikan tanah pada

subgradejalan.

2. Analisis dilakukan dengan menggunakan metode elemen hingga

menggunakan program SAP 2000

3. Massa tanah dimodelkan sebagai kumpulan pegas (elastic spring) yang berdiri

sendiri dan tidak berhubungan.

4. Struktur perkerasan dimodelkan dengan elemenShell.

commit to user

6. Struktur perkerasan yang dianalisis berupa perkerasan lentur dan perkerasan

kaku dengan dimensi menerus ( 6 m x 3 m ).

7. Menurut petugas Dinas Binamarga Jawa Tengah yang bernama Sugiyatno

Amd nilai CBR tanah dasar sebesar 2 %

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan yang akan dicapai dari penelitian pada skripsi ini adalah sebagai berikut:

1. Analisis struktur perkerasan jalan pada ruas jalan lingkar utara sragen

menggunakan program SAP-2000.

2. Evaluasi hasil analisis struktur perkerasan jalan pada ruas jalan lingkar utara

sragen berdasarkanoutputSAP-2000.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah manfaat praktis

dan manfaat teoritis sebagai berikut :

1. Manfaat Praktis

Dapat mengetahui perilaku perkerasan jalan (lendutan dan tegangan) akibat

beban kendaraan dengan menggunakan hasil perhitungan analisis SAP 2000

2. Manfaat Teoritis

Pengembangan ilmu pengetahuan terutama dalam penggunaan software SAP

commit to user

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Studi sistem perkerasan yang telah dilakukan dengan menggunakan metode

elemen hingga (MEH) diantaranya adalah studi untuk sistem Cakar Ayam.

Penelitian-penelitian tersebut membahas perilkau lendutan pada pelat beton.

Romadhoni (2008) melakukan penelitian Perilaku Perkersan Sistem Cakar Ayam

Dengan Metode Elemen Hingga. Ferdiansyah (2009) mengevaluasi dimensi

sistem Cakar Ayam yang diakibatkan oleh pengaruh variasi letak beban dan

kondisi tanah. Surat (2011) melakukan penelitian Analsis Struktur Perkerasan

Jalan Di Atas Tanah Ekspansif.

Chen dan Limma-Salle (1982) dalam Hardiyatmo dkk (2000) mencoba

memodelkan sistem Cakar Ayam dengan Metode Elemen Hingga. Pelat beton

selebar jarak antar pipa maupun pipa-pipa Cakar Ayam dimodelkan sebagai

elemen frame 2-D, sedangkan tanah dibawah slab diekivalensikan dengan

tumpuan elastic berupa spring dengan kekakuan aksialnya ditentukan oleh nilai

coefficient of subgradecreaction. Hasil-hasil yang diperoleh dapat memberikan

gambaran tentang pengaruh pipa-pipa Cakar Ayam pada kekakuan slab.

SAP 2000 merupakan program yang menghadirkan state of the art dalam

teknologi tiga dimensi finate element method bagi struktur teknik. SAP 2000

secara utuh terintegrasi dalam windows 95/NT, dan menyediakan metode ntar

muka secara grafis yang sangat mudah digunakan selama proses pengembangan

dalam aktivitas analisis teknik. Di dalam Program SAP-2000, elemen yang dapat

merepresentasikan struktur perkerasan adalah elemen ASOLID. Banyak problem

commit to user

struktur perkerasan baik bentuk perkerasan maupun beban yang bekerja,

dimodelkan dalam bentuk aksisimetris. Program SAP-2000 dapat digunakan

untuk menganalisis model perkerasan lentur multilayer dengan memakai elemen

ASOLID.

Abaza (2007) dalam Surat (2011) menyatakan program SAP-2000 dapat dipakai

untuk menganalisa desain tebal perkerasan lentur jalan secara tiga dimensi dengan

pendekatan elemen hingga. Model yang di analisa terdiri dari tiga lapisan

perkerasan lentur yaitu lapisan aspal beton, lapisan pondasi bawah dan lapisan

tanah dasar.Outputdari model ini menghasilkan nilai structure number (SN) dari

perkerasan lentur sehingga memudahkan para desainer menentukan ketebalan

lapisan perkerasan lentur. Lotfi dan Oesterle (2007) dalam Surat (2011)

menganalisa dan menghitung desain struktur bantalan plat beton bertulang rel

kereta api. Kachlakev dan Miller menyatakan (2001) SAP-2000 juga dapat

dipakai untuk menganalisa perilaku struktur jembatan beton bertulang sebelum

dan sesudah dilakukan perkuatan dengan FRP (Fiber reinforced Polymer) untuk

mengetahui besaran regangan yang dihasilkan. Zhang et al (2001) dalam Surat

(2011) menyatakan SAP-2000 dapat dipakai untuk menganalisa gaya-gaya dalam

akibat beban kendaraan yang lewat diatas struktur perkerasan jalan dan jembatan.

Sousa et al (2005) dalam Surat (2011) menyatakan SAP-2000 yang mengadopsi

metode elemen hingga linier elastik model 3 dimensi dapat digunakan untuk

menghitung tegangan regangan pada perkerasan overlay sehingga dapat dipakai

untuk memprediksi besaran retak reflektif yang terjadi pada perkerasanoverlay.

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Perkerasan Lentur

Menurut Departemen Pekerjaan Umum (1987) perkerasa lentur adalah (flexible

pavement) perkerasan yang umumnya menggunakan bahan campuran beraspal

sebagai lapis permukaan serta bahan berbutir sebagai lapisan dibawahnya. Bagian

perkerasan jalan umumnya terdiri dari lapis pondasi bawah (sub base course),

Sukirman, S (1993) menyatakan lapis permukaan berfungsi untuk menerimaa dan

menyebarkan beban lalu lintas tanpa menimbulkan kerusakan yang berarti pada

konstruksi jalan itu sendiri, sehingga akan memberikan kenyamanan kepada si

pengemudi selama masa pelayanan jalan tersebut. Dengan demikian perencanaan

tebal masing-masing lapis perkerasan harus diperhitungkan dengan optimal.

Aly, M. Anas (2000) menyatakan secara sederhana dapat dikatakan bahwa fungsi

perkerasan jalan adalah menyediakan dan memberikan pelayanan kepada lalu

lintas yang lewat diatasnya sedemikian rupa sehinnga lalu lintas dapat bergerak

dengan cepat, aman, dan nyaman sesuai tuntutan dan klasifikasi lalu lintas yang

ada. Untuk itu konstruksi perkerasan jalan paling tidak harus memenuhi kriteria

kuat, awet, rata, mudah dikerjakan dan dipelihara, tidak mahal, dan sesuai dengan

klasifikasinya.

Lapis permukaan adalah bagian konstruksi perkerasan lentur yang terletak paling

atas dan berfungsi sebagai :

a. Bahan perkerasan penahan beban roda, lapisan yang mempunyai stabilitas

tinggi untuk menahan beban roda selama masa pelayanan.

b. Lapisan kedap air sehingga air hujan yang jatuh diatasnya tidak meresap

kelapisan dibawahnya dan melemahkan lapisan-lapisan tersebut.

c. Lapisan aus (wearing course), lapiasan yang langsung menerima gesekan

akibat rem kendaraan sehingga mudah menjadi aus.

d. Lapisan yang menyebarkan beban kelapisan bawah, sehingga dapat dipikul

oleh lapisan lain yang mempunyai daya dukung yang lebih jelek

e. Memberikan suatu bagian permukaan yang rata.

f. Menahan gaya geser dari beban roda

Lapisan pondasi adalah bagian konstruksi perkerasan lentur yang terletak diantara

lapisan pondasi bawah dan lapisan permukaan dan berfungsi :

commit to user

b. Sebagai lapisan peresapan untuk lapisan pondaasi bawah

c. Sebagai perletakan terhadap lapisan permukaan

Lapisan pondasi bawah adalah bagian konstruksi perkerasan lentur yang terletak

diantara lapisan pondasi dan tanah dasar yang berfungsi :

a. Sebagai bagian dari konstruksi perkerasan untuk mendukung dan

menyebarkan beban roda ketanah dasar

b. Sebagai efisiensi penggunan material karena material pondasi bawah relatif

lebih murah dibandingkan perkerasan lapisan diatasnya sehingga dapat

mengurangi tebal lapisan diatasnya yang lebih mahal

c. Sebagai lapisan peresapan agar air tanah tidak berkumpul dilapisan pondasi

d. Sebagai lapisan pertama agar pekerjaan dapat berjalan lancar, sehubungan

dengan kondisi lapangan yang memaksa harus segera menutup tanah dasar

dari pengaruh cuaca atau lemahnya daya dukung tanah dasar menahan

roda-roda alat berat.

Oglesby, CH. Dan Hicks, R.G. (1982) dalam Imam Basuki (2001) menyatakan

bahwa yang dimaksud perencanaan perkerasan adalah memilih kombinasi

material dan tebal lapisan yang memenuhi syarat pelayanan dengan biaya

termurah dan dalam jangka panjang, yang umumnya memperhitungkan biaya

konstruksi pemeliharaan dan pelapisan ulang. Perencanaan perkerasan meliputi

kegiatan pengukuran kekuatan dn sifat penting lainya dari lapisan permukaan

perkerasan dan masing-masing lapisan dibawahnya serta menetapkan ketebalan

permukaan perkerasan, lapis pondasi dan lapis pondasi bawah.

2.2.2 Perkerasan Kaku

Perkerasan jalan beton semen Portland atau lebih sering disebut perkerasan kaku

atau juga disebut rigid pavement terdiri dari pelat beton semen Portland dan

lapisan pondasi (bisa juga tidak ada) diatas tanah dasar. Perkerasan beton yang

kaku dan memiliki modulus elastisitas yang tinggi akan mendistribusikan beban

struktur perkerasan diperoleh dari slab beton sendiri. Hal ini berbeda dengan

perkerasan lentur dimana kekuatan perkerasan diperoleh dari lapisan-lpisan tebal

pondasi bawah, pondasi dan lapisa permukaan. Karena yang paling penting adalah

mengetahui kapasitas struktur yang menanggung beban, maka faktor yang paling

diperhatikan dalam perancangan perkerasan jalan beton semen Portland adalah

kekuatan beton itu sendiri, adanya beragam kekuatan dari tanah dasar dan atau

pondasi hanya berpengaruh kecil terhadap kapsitas struktural perkerasannya (tebal

pelat betonnya), tetapi unttuk desain badan jalan (tanah dasar) perlu kajian

geoteknik tersendiri jika ditemukan klasifikasi tanah yang masuk kategori tidak

baik sebagai tanah dasar.

Lapisan pondasi atau kadang-kadang juga dinggap sebagai lapisan pondasi bawah

jika digunakan dibawah perkerasan beton karena beberapa pertimbangan, yaitu

untuk kendali terhadap terjadinya pumping, kendali terhadap sistem drainasi

(drainase bawah perkerasan), kendali terhadap kembang susut yang terjadi pada

tanah dasar, untuk mempercepat pekerjaan konstruksi, serta menjaga kerataan

dasar dari pelat beton.

Atau dapat diuraikan bahwa fungsi dari lapisan pondasi atau pondasi bawah

adalah :

a. Menyediakan lapisan yang seragam, stabil dan permanen

b. Menaikkan harga modulus reaksi tanah dasar (Modulus of Sub-grade

reaction=k ), menjadi modulus reaksi komposit (Modulus of Composite

Reaction)

c. Melindungi gejala pumping butir-butiran halus yanah pada daerah

sambungan, retakan, dan ujung samping perkerasan

d. Mengurangi terjadinya keretakan pada pelat beton

e. Menyediakan lantai kerja.

Pada awal mula teknik jalan raya, pelat perkerasan kaku dibangun langsung diatas

commit to user

diperhatikan bahwa jenis tanah dasar berperan penting terhadap perkerasan,

terutama terjadinya pengaruh pumping pada perkerasan. Oleh karena itu

perancangan untuk mengatasi pumping adalah faktor yang sangat penting untuk

diperhitungkan. (Ari Suryawan, 2009)

Lapis perkerasan beton dapat diklasifikasikan menjadi dua tipe sebagai

berikut :

a. Perkerasan beton dengan tulangan dowel dan tie bar. Jika diperlukan untuk

kendali retak dapat digunakanwire mesh, penggunaanya independen terhadap

adanaya tulangandowel.

b. Perkerasan beton bertulang menerus terdiri dari prosentasi besi yang relatif

cukup banyak dan tidak ada siar kecuali untuk keperluan pelaksanaan

konstruksi dan beberapa siar muai.

Pada masa kini, tipe perkerasan beton yang populer dan banyak digunkan di

Indonesia adalah perkerasan beton semen Portland dengan dowel dan tie bar. Di

negara-negara maju sudah banyak menggunakan tipe perkerasan beton bertulang

(Ari Suryawan, 2009).

2.2.3 Analisis Struktur Perkerasan Jalan

Untuk menganalisis struktur perkerasan jalan yang ditinjau akan dilakukan dengan

menggunakan Program Bantu (Package Software) SAP-2000. Dimana SAP 2000

merupakan solusi berbasis komputer terhadap metode analisa struktur dengan

menggunakan metode elemen hingga (MEH). Kumar (1986) dalam Surat (2011)

menyatakan Metode Elemen Hingga adalah suatu metode analisis struktur dengan

menggantikan suatu continuum dengan sejumlah elemen-elemen diskrit yang

terhingga dan terhubungkan satu sama lain dengan titik-titik nodal.

Secara garis besar prosedur Metode Elemen Hingga (MEH) yang dikembangkan

untuk menganalisis Struktur Perkerasan Jalan ini dapat dibagi menjadi 5 tahap

1. Diskretisasi Struktur perkerasan menjadi elemen-elemen benda pejal tiga

dimensi aksisimetrik dan elemen-elemen pelat-lentur, Subgrade Tanah dasar

sebagai elemen-elemen pegas vertikal dengancoefficient of subgrade reaction,

kv, dan sebagai pegas horizontal dengancoefficient of subgrade reaction,kh.

2. Untuk setiap elemen, yaitu elemen pelat-lentur, elemen benda pejal

aksisimetris, pegas vertikal maupun pegas horizontal, dievaluasi matriks

kekakuan elemen dalam koordinat lokalnya dengan formula :

 

K

    

BT E BdV

operator diferensial, dan [N] adalah shape function matrix yang memberikan

hubungan antara vektor displacement elemen

 

u dengan vektor nodal

displacementelemen

 

d , sesuai formula

 

u 

 

N

 

d .

Selanjutnya

 

K_le tersebut dapat ditransformasikan ke sistem koordinat global:

 

K_ge 

 

T T

  

K_le.T (2.2) dengan matriks [T] adalah matriks transformasi elemen dari sisetm koordinat

lokal ke sistem koordinat global.

Demikian pula halnya untuk vektor beban dan vektornodal displacement:

 

P lokal 

 

T .

 

P global (2.3)

 

d lokal 

 

T

 

d global (2.4)

3. Matriks-matriks

 

K_ge ,

 

P e_global,

 

d e_global untuk setiap elemen dapat di-assembly

menjadi [K], {P}, dan {D} dari strukturnya, dan persamaan keseimbangan

struktur dalam sistem koordinat global menjadi :

 

K

   

D  P (2.5)

4. Persamaan tersebut di atas, setelah kondisi batas beban {P}edan kondisi batas

commit to user

{Du} maupun reaksi-reaksi nodal pada pegas-pegas vertikal dan horizontal tanah dasar {P}r.

5. Berdasarkan solusi nodal displacement {Du} pada langkah (4), setelah ditransformasikan kembali ke sistem koordinat lokal {d e} dengan besarnya tegangan { σ } , regangan { ε } , maupun gaya-gaya dalam untuk setiap

elemen pelat lentur, maupun gaya pegas-pegas vertikal dan horizontal {pe } , dapat dihitung sebagai berikut :

dan distribusi tekanan tanah di bawah perkerasan jalan dapat dievaluasi dengan

mengalikan defleksi perkerasan jalan di setiap titik dengan nilai coefficient of

subgrade reaction,kv.

2.2.4 Parameter Karakteristik Tanah Dasar (Subgrade)

Beberapa parameter karakteristik tanah dasar yang sangat penting dipakai dalam

analisis struktur perkerasan jalan antara lain :

a. Modulus reaksi tanah dasar

KoefisienModulus of Subgrade Reaction (ks)yang digunakan untuk analisis

struktur perkerasan dapat dihitung berdasarkan nilai CBR tanah dasarnya.

b. Modulus elastisitas tanah dasar

Modulus elastisitas tanah dapat diukur dari korelasi antara modulus resilient

tanah dasar dengan CBR yaitu sebagai berikut :

MR tanah dasar (MPa) = 10 x CBR(%)

c. AngkaPoisson’s Ratiotanah dasar

MenurutBowles (1998), besarnya nilai Poisson’s Ratio () berdasarkan jenis

tanahnya disajikan pada Tabel. 2.2 Jangkauan Nilai BandingPoisson’s Ratio,

Tabel. 2.1 Jangkauan Nilai BandingPoisson’s Ratio

Sumber :Joseph E. Bowles1998

d. Daya dukung ultimit tanah dasar

Daya dukung tanah ultimate dapat dihitung berdasarkan rumus pendekatan

yang diberikan oleh J.E. Bowles dengan rumus sebagai berikut :

40

Ks : Modulus Reaksi Tanah Dasar (kN/m3) qu : Daya dukung tanah ultimit (kN/m2)

e. Lendutan ijin pada tanah dasar

Lendutan maksimal yang dijinkan terjadi pada struktur perkerasan yang

berada diatassubgradedapat dihitung dengan rumus :

s

δ = lendutan yang diijinkan (m)

qu = daya dukung tanah ultimit (kN/m2) Ks = Modulus reaksi tanah dasar (kN/m3)

2.2.5 Muatan Sumbu Terberat (MST) Kendaraan

Muatan Sumbu Terberat (MST) adalah beban gandar maksimum yang diijinkan

commit to user

perundang-undangan. Berdasarkan keputusan Departemen Perhubungan,

dilakukan pembatasan beban kendaraan dengan MST diatas 10 ton. Muatan

Sumbu Terberat (MST) di Indonesia berdasarkan PP no. 43 Th. 1993 tentang

Prasarana dan Lalu Lintas Jalan dalah sebagai berikut :

MST > 10 ton : Untuk Jalan Kelas I

MST = 10 ton : Untuk Jalan Kelas II

MST = 8 ton : Untuk Jalan Kelas IIIA, IIIB, IIIC

2.2.6 Pemodelan Struktur Perkerasan Dengan SAP 2000

Dalam aspek konfigurasi struktur perkerasan lentur dan perkerasan kaku,

parameter yang harus ditentukan adalah geometri perkerasan serta jenis material

setiap lapis perkerasannya. Pada model struktur perkerasan lentur ini, secara

umum konfigurasi strukturnya terlihat pada Gambar 2.1.a dan Gambar 2.1.b

berikut, yang berupa sistem struktur perkerasan banyak lapis (multi layer system)

untuk perkerasan lentur dan struktur perkerasan satu lapis (Single layer system)

untuk perkerasan kaku.

Konfigurasi Struktur Perkerasan Lentur dan Perkerasan Kaku tersebut diatas di

dalam pemodelan dengan program SAP-2000 direpresentasikan sebagai elemen

SHELL. Elemen SHELL adalah elemen tiga atau empat-node untuk memodelkan

perilaku struktur membran dan pelat-lentur berdasarkan atas persamaan

isoparametrik. Untuk setiap elemen dalam struktur Shell, dapat memilih untuk

model membran murni, piring murni, atau perilaku shell penuh. Setiap elemen

Shell telah sistem koordinat lokal untuk menentukan sifat bahan dan beban, dan

untuk menafsirkan output. Bergantung pada suhu, sifat material orthotropik yang

diizinkan.

Struktur yang dapat dimodelkan dengan elemen ini meliputi :



Kerangka tiga-dimensi, seperti tank dan kubah



Struktur Pelat, seperti pelat lantai, perkerasan kaku dari pelat beton, Perkerasan Lentur



Membran struktur, seperti dinding geser

ElemenSHELL mempunyai dua macam bentuk yaitu quadrilateral shell elemen

dan triangular shellelemen seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2, berikut ini :

 Segiempat, yang didefinisikan oleh empat sendi, sendi j1,j2, j3, dan j4. Gambar 2.1.b Konfigurasi Struktur Perkerasan Kaku

commit to user

 Segitiga, yang ditetapkan tiga sendi yaitu sendi j1, j2, dan j3.

Untuk akurasi terbaik, penggunaan segiempat empat-node dianjurkan.

Penggunaan elemen segiempat untuk meshing berbagai geometri dan transisi

dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut ini.

Sumber : CSI, 1998

Sifat material yang digunakan Bagian Shell adalah :

 Modulus elastisitas,E1, E2, dan E3  Modulus geser, G12, G13, dan G23  Poisson rasio,12,13, dan23

 Koefisien ekspansi termal, a1 dan a2

 Massa Jenis, m, untuk komputasi elemen massa

commit to user 2.2.7 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan

Evaluasi hasil analisis struktur perkerasan dilakukan untuk mengetahui besaran

momen, tegangan dan lendutan serta stabilitas struktur perkerasan terhadap

kapasitas daya dukung tanah dasarnya. Analisis stabilitas dilakukan berdasarkan

tingkat keamanan terhadap deformasi dan tegangan yang terjadi pada lapisan

paling bawah dari struktur perkerasan. Struktur perkerasan dianggap mempunyai

stabilitas struktur yang baik apabila hasil analisis lendutan dan tegangan yang

terjadi akibat pembebanan pada struktur perkerasan tidak melebihi lendutan dan