KINERJA KELELAHAN CAMPURAN BETON ASPAL
LAPIS PENGIKAT (AC-BC) MENGGUNAKAN AGREGAT
GROBOGAN DAN PERKUATAN GEOSINTETIK
TESIS
Oleh:
CANDRA YULIAN PASHA
NIM 269 05 001
PROGRAM STUDI MAGISTER SISTEM DAN TEKNIK JALAN RAYA
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2007
KINERJA KELELAHAN CAMPURAN BETON ASPAL
LAPIS PENGIKAT (AC-BC) MENGGUNAKAN AGREGAT
GROBOGAN DAN PERKUATAN GEOSINTETIK
TESIS
Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari
Institut Teknologi Bandung
Oleh:
CANDRA YULIAN PASHA
NIM 269 05 001
Program Studi Sistem dan Teknik Jalan Raya
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2007
KINERJA KELELAHAN CAMPURAN BETON ASPAL
LAPIS PENGIKAT (AC-BC) MENGGUNAKAN AGREGAT
GROBOGAN DAN PERKUATAN GEOSINTETIK
Oleh
Candra Yulian Pasha
NIM : 26905001
Program Studi Sistem dan Teknik Jalan Raya Institut Teknologi Bandung
Menyetujui Tim Pembimbing
Tanggal …………..………
Pembimbing I Pembimbing II
ABSTRAK
KINERJA KELELAHAN CAMPURAN BETON ASPAL
LAPIS PENGIKAT (AC-BC) MEMAKAI AGREGAT
GROBOGAN DAN PERKUATAN GEOSINTETIK
OlehCandra Yulian Pasha
NIM : 26905001
Salah satu tipe kerusakan struktural pada perkerasan lentur adalah retak lelah pada lapis beraspal akibat beban berulang. Kelelahan terjadi akibat tegangan tarik pada titik terbawah lapis aspal melebihi tegangan tarik yang mampu ditahan campuran aspal tersebut.
Salah satu metode baru untuk meningkatkan kekuatan dari perkerasan jalan adalah dengan menggunakan geosintetik. Material ini memiliki keunggulan dibandingkan material lainnya yaitu memiliki tegangan tarik akhir (ultimate tensile strength) yang tinggi.
Tujuan penelitian ini adalah melakukan penelitian laboratorium pada campuran AC-BC dengan agregat yang berasal dari Kabupaten Grobogan. Perbandingan kuat fatigue pada campuran dengan memakai geogrid dan tanpa Geogrid, dilakukan dengan percobaan kelelahan “three point loading”, dengan kontrol tegangan dan pola pembebanan sinusoidal.
Rasio umur kelelahan dari campuran G (0,25 – 1,6 TC) terhadap campuran NG berkisar antara 3,015 sampai 5,764, sedangkan rasio lendutan kumulatif berkisar antara 1,958 sampai 2,795. Rasio umur kelelahan dari campuran G (0,25 – 1,0 TC) terhadap campuran NG berkisar antara 2,625 sampai 4,706, sedangkan rasio lendutan kumulatif berkisar antara 1,422 sampai 2,368. Campuran aspal G (0,5 – 1,0 TC) mempunyai rasio umur kelelahan dan rasio lendutan kumulatif yang terkecil. Nilainya antara 1,340 sampai 1,736 untuk rasio umur kelelahan dan antara 2,201 sampai 2,257 untuk lendutan kumulatif.
Hasil percobaan fatigue menunjukkan bahwa campuran G (0,25 – 1,6 TC) mempunyai kinerja yang paling tinggi. Secara umum, lokasi pemasangan geogrid dan volume dari tack coat sangat mempengaruhi kuat fatigue
Kata kunci : Geogrid, campuran AC-BC, kelelahan, kontrol tegangan, tack coat, efectivitas.
ABSTRACT
FATIGUE PERFORMANCE OF ASPHALT CONCRETE
BINDER COURSE (AC-BC) MIXES USING AGREGAT
GROBOGAN AND GEOSYNTHETIC REINFORCEMENT
Oleh
Candra Yulian Pasha
NIM : 26905001
One type of structural failure in the flexible pavement is fatigue cracking at the surface layer caused by repeated loading. The fatigue occurs due to the tensile stress at the bottom of asphalt layer exceeds the allowable value of that mix..
One of the new ways to improve the structural strength performance of road pavement is by using the geosynthetic. This material has an advantage compared to another material because its high ultimate tensile strength.
The objective of this research is to conduct laboratory investigation on AC-BC mixes containing aggregate from Grobogan Districts. Comparison of fatigue strength of the mix, with and without Geogrid, was conducted by “three point loading” fatigue test with controlled stress and sinusoidal loading patterns.
The ratio of fatigue life of G (0,25 – 1,6 TC) mixes compared to NG mixes is ranged from 3.015 to 5.764, meanwhile the cumulative deflection ratio is ranged from 1.958 to 2.795. The ratio of fatigue life of G (0,25 – 1,0 TC) compared to NG mixes is ranged from 2.625 to 4.706, meanwhile the cumulative deflection ratio is ranged from 1.422 to 2.368. The G (0,5 – 1,0 TC) asphalt mixes has the lowest ratio of fatigue life and cumulative deflection ratio. The value is ranged from 1.340 to 1.736 for the ratio of fatigue life ratio and from 2.201 to 2.257 for cumulative deflection.
The fatigue test results showed that G (0,25 – 1,6 TC) mixes have the highest performance. In general, the location and volume of tack coat influence significantly the fatigue strength of asphalt mix.
Key words : Geogrid, AC-BC mixes, fatigue, controlled stress, tack coat, efficiency.
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS
Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebut sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang setinggi - tingginya kepada pembimbing, Prof. Ir. Bambang Sugeng S., DEA. dan Ir. Sri Hendarto, MSc., atas bantuan, petunjuk, saran, bimbingan dan dorongan yang diberikan selama penelitian dan penulisan tesis ini.
Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Ketua Program Studi Magister Sistem dan Teknik Jalan Raya, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, beserta seluruh Staf Pengajar dan Karyawan yang telah memberikan dukungan dan petunjuk selama menempuh program studi.
Penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada Kepala Pusat Litbang Jalan dan Jembatan Departemen Pekerjaan Umum beserta staf, yang telah mengijinkan untuk penggunaan fasilitas selama pengujian laboratorium. Demikian pula ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada seluruh teknisi Laboratorium Rekayasa Jalan ITB yang telah banyak membantu selama penggunaan fasilitas laboratorium yang ada.
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
ABSTRACT... ii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ... iii
UCAPAN TERIMA KASIH... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ... xii
Bab I Pendahuluan ... 1
I.1 Latar Belakang ... 1
I.2 Tujuan Penelitian ... 2
I.3 Ruang Lingkup Penelitian ... 3
Bab II Tinjauan Pustaka ... 5
II.1 Lapis Beton Aspal Lapis Aus-1 (Binder Course)... 5
II.2 Bahan Campuran Beraspal Panas ... 5
II.3 Sifat-sifat Dasar Dari Campuran Aspal………. 20
II.4 Perencanaan Campuran Beraspal Panas dengan Pendekatan Kepadatan Mutlak ... 22
II.5 Pengujian-Pengujian Pada Campuran Beraspal... 25
II.6 Hasil Penelitian Terdahulu ... 37
Bab III Metodologi Penelitian ... 45
III.1 Umum ... 45
III.2 Pengujian Material Agregat ... 45
III.3 Pengujian Material Aspal ... 45
III.4 Gradasi Agregat ... 49
III.5 Perencanaan Campuran dengan Metoda Marshall dengan Pendekatan Kepadatan Mutlak ... 50
III.6 Uji Rendaman Marshall ... 53
III.8 Jumlah Benda Uji ………... 59
Bab IV Penyajian Data dan Analisis ... 60
IV.1 Hasil Pengujian Sifat-Sifat Fisik Agregat... 60
IV.2 Hasil Pengujian Aspal... 62
IV.3 Penyajian Data Hasil Perencanaan Campuran Beton Aspal dengan Metode Marshall dan Kepadatan Mutlak ... 64
IV.4 Penyajian Data Hasil Pengujian Perendaman Marshall... 69
IV.5 Hasil Pengujian Kelelahan ... 69
IV.6 Analisis Data Pengujian Agregat ... 75
IV.7 Analisis Data Pengujian Aspal... 77
IV.8 Analisis Data Pengujian Marshall dan Pengujian Kepadatan Mutlak ... 77
IV.9 Analisis Data Pengujian Perendaman Marshall ... 88
IV.11 Analisis Data Pengujian Kelelahan... 89
IV.12 Umur Kelelahan Menurut The Asphalt Institute... 102
Bab V Kesimpulan dan Saran ... 106
V.1 Kesimpulan ... 106
V.2 Saran ... 109
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Ketentuan Agregat Kasar... 7
Tabel II.2 Pengujian dan Sifat-Sifat Teknis Agregat Halus ... 7
Tabel II.3 Titik Kontrol, Kurva Fuller, dan Daerah Larangan AC-BC... 9
Tabel II.4 Persyaratan Aspal Pen 60/70 ... 10
Tabel II.5 Spesifikasi Produk dari PGM-G ... 13
Tabel II.6 Takaran Pemakaian Lapis Perekat ... 20
Tabel II.7 Suhu Penyemprotan Lapis Perekat ... 20
Tabel II.8 Ketentuan Sifat-sifat Campuran... 22
Tabel II.9 Perbedaan Karakteristik Pengujian Kelelahan Menggunakan controlled stress dan controlled strain... 31
Tabel II.10 Tingkat tegangan yang sesuai untuk temperatur yang berbeda menurut The Asphalt Institute ... 32
Tabel II.11 Spesifikasi Teknis Geotekstil ... 41
Tabel II.12 Rekomendasi Penyebaran Tack Coat pada Beberapa Jenis dan Kondisi Perkerasan Aspal Eksisting ... 44
Tabel III.1 Pengujian Sifat-Sifat Teknis Agregat ... 48
Tabel III.2 Pengujian Aspal pen 60/70 ... 48
Tabel III.3 Gradasi Agregat yang Diteliti ... 49
Tabel III.4 Jumlah Benda uji Untuk Metode Marshall dan Kepadatan Mutlak ... 51
Tabel III.5 Ketentuan Sifat – sifat Campuran Laston Lapis Pengikat (AC-BC) ... 53
Tabel III.6 Jumlah Benda uji Untuk Rendaman Marshall ... 54
Tabel III.7 Jumlah benda uji untuk pengujian DARTEC ... 57
Tabel III.8 Rekapitulasi rencana jumlah kebutuhan benda uji... 59
Tabel IV.1 Hasil Pengujian Sifat-Sifat Fisik Agregat Grobogan dan Agregat Lokal... 61
Tabel IV.2 Hasil Pengujian Agregat Gabungan... 62
Tabel IV.3 Hasil Pengujian Sifat Fisik Aspal Pen 60/70 ... 63
Tabel IV.4 Hasil Pengujian Viskositas Aspal Pen 60/70 ... 63
Tabel IV.5 Hasil Analisis Marshall Campuran Agregat Grobogan ... 65
Tabel IV.7 Perbandingan Analisis Marshall antara Agregat Grobogan
dan Agregat Lokal pada KAOMarshall ... 66
Tabel IV.8 Hasil Analisis Perendaman Marshall pada KAO Marshall... 69
Tabel IV.9 Tabel Hasil Pengujian Kelelahan Pada Campuran Non Geogrid 73 Tabel IV.10 Tabel Hasil Pengujian Kelelahan Pada Campuran G ½ - 1.0 TC 73 Tabel IV.11 Tabel Hasil Pengujian Kelelahan Pada Campuran G ¼ - 1.0 TC 74 Tabel IV.12 Tabel Hasil Pengujian Kelelahan Pada Campuran G ¼ - 1.6 TC 74 Tabel IV.13 Perbandingan Persentase Penurunan VIM... 82
Tabel IV.14 Efektivitas Penggunaan Geogrid dan Tack Coat... 92
Tabel IV.15 Rasio Deformasi Kumulatif ... 92
Tabel IV.16 Hasil Analisis Regresi Hubungan Tegangan dan Regangan... 94
Tabel IV.14 Perbandingan Umur Kelelahan Hasil Percobaan dengan Rumus TAI... 104
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Gambar Tegangan yang Terjadi pada Perkerasan Lentur ... 11
Gambar II.2 Bentuk Fisik PGM-G ... 13
Gambar II.3 Penghalang Anti Air antara Lapisan Perkerasan Lama dengan Lapisan Perkerasan Baru ... 14
Gambar II.4 Hasil Pengujian Stress Distribution... 16
Gambar II.5 Hasil Pengujian Perambatan Retak (Crack Formation and Propagation)... 16
Gambar II.6 Skema Pengerjaan Lapis Overlay dengan PGM-G... 17
Gambar II.7 Ilustrasi Pengerjaan Lapis Overlay dengan PGM-G di Lapangan... 18
Gambar II.8 Foto Alat Pemadat Getar Listrik ... 25
Gambar II.9 Alat Uji Marshall ... 26
Gambar II.10 Ilustrasi Cara Pembebanan Uji kelelahan... 29
Gambar II.10 Penentuan umur kelelahan ... 30
Gambar II.11 Konfigurasi Pembebanan Pengujian Kelelahan dengan Bending Beam... 33
Gambar II.12 Pola-pola pembebanan ... 35
Gambar II.13 Mesin Uji Kelelahan DARTEC ... 36
Gambar II.13 Alat Pencampur, Pemadat dan Cetakan ... 37
Gambar II.14 Penjalaran Retak Pada Campuran Aspal... 42
Gambar III.1 Diagram Alir Penelitian ... 46
Gambar III.2 Diagram Alir Penentuan Kadar Aspal Optimum Melalui Pengujian Campuran Dengan Kepadatan Mutlak... 47
Gambar III.3 Gradasi dipilih (di atas Fuller) ... 50
Gambar III.4 Cetakan Benda Uji Dartec ... 56
Gambar III.5 Variasi Benda Uji yang diteliti ... 57
Gambar III.6 Pembuatan Benda Uji dan Contoh Sampel Benda Uji... 58
Gambar IV.1 Hubungan antara viskositas kinematik dan temperatur ... 63
Gambar IV.2 Hasil pengujian Marshall campuran dengan Agregat Grobogan... 67 Gambar IV.3 Hasil pengujian Marshall campuran dengan Agregat Lokal. 68
Gambar IV.4 Hubungan antara Deformasi Kumulatif dan Jumlah Siklus
Pembebanan pada Campuran NG dan G 0,5 – 1,0 TC ... 71
Gambar IV.5 Hubungan antara Deformasi Kumulatif dan Jumlah Siklus Pembebanan pada Campuran G 0,5 – 1,0 TC dan G 0,5 – 1,6 TC... 72
Gambar IV.6 Perbandingan Nilai Kepadatan Terhadap Perubahan Kadar Aspal... 79
Gambar IV.7 Perbandingan Nilai VIM Terhadap Perubahan Kadar Aspal ... 80
Gambar IV.8 Perbandingan VIMMr dan VIMRef Pada Campuran dengan Agregat Grobogan ... 81
Gambar IV.9 Perbandingan VIMMr dan VIMRef Pada Campuran dengan Agregat Lokal... 81
Gambar IV.10 Perbandingan Nilai VMA Terhadap Perubahan Kadar Aspal... 83
Gambar IV.11 Perbandingan Nilai VFB Terhadap Perubahan Kadar Aspal... 84
Gambar IV.12 Perbandingan Nilai Stabilitas Terhadap Perubahan Kadar Aspal... 85
Gambar IV.13 Perbandingan Nilai Kelelehan Terhadap Perubahan Kadar Aspal ... 86
Gambar IV.14 Perbandingan Nilai MQ Terhadap Perubahan Kadar Aspal... 87
Gambar IV.15 Perbandingan Nilai Stabilitas Standar dan Rendaman... 88
Gambar IV.16 Perbandingan Nilai Indeks Kekuatan Sisa (IKS) ... 88
Gambar IV.17 Fatigue Curve Pada Semua Campuran ... 91
Gambar IV.18 Efektifitas Pemasangan Geogrid terhadap Jumlah Siklus Kelelahan dan Deformasi Berdasarkan Tegangan yang Diberikan ... 93
Gambar IV.19 Hubungan antara Tegangan dan Regangan Tarik Awal Pada Semua Campuran)... 96
Gambar IV.21 Hubungan antara Tegangan dan Retak Awal Pada Semua Campuran ... 98 Gambar IV.22 Hubungan antara Tegangan dan Siklus Penjalaran Retak (Np)
Pada Semua Campuran) ... 99 Gambar IV.23 Hubungan antara Tegangan dan Tingkat Penjalaran Retak (rp)
Pada Semua Campuran) ... 100 Gambar IV.24 Mekanisme Retak yang Terjadi... 102 Gambar IV.24 Perbandingan Umur Kelelahan Hasil Percobaan dengan Rumus
TAI ... 104
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
SINGKATAN Nama Pemakaian
Pertama kali
Pada halaman
AASHTO American Association of State Highway and
Transportation Officials ... 3
AC Asphalt Concrete... 2
AC-Base Asphalt Concrete Base... 5
AC-BC Asphalt Concrete Binder Course ... 3
AC-WC Asphalt Concrete Wearing Course... 5
ASTM American Society for Testing Material... 3
BS British Standard ... 3
CA Coarse Aggregate... 50
CMS Cationic Medium Setting ... 19
CSS Cationic Slow setting ... 19
Dept. Kimpraswil Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah ... 3
Dept. PU Departemen Pekerjaan Umum ... 5
FA Fine Aggregate... 50
FF Fine Filler... 50
G (0,5 - 1.0 TC) Campuran memakai geogrid dengan posisi pemasangan geogrid pada ½ tebal dari bagian bawah benda uji dengan tack coat sebesar 1.0 lt/m2 .... 56
G (0,25 - 1.0 TC) Campuran memakai geogrid dengan posisi pemasangan geogrid pada ¼ tebal dari bagian bawah benda uji dengan tack coat sebesar 1.0 lt/m2 .... 56
G (0,25 - 1.6 TC) Campuran memakai geogrid dengan posisi pemasangan geogrid pada ¼ tebal dari bagian bawah benda uji dengan tack coat sebesar 1.6 lt/m2 .... 56
Hz Hertz... 34
IKS Indeks Kekuatan Marshall Sisa... 27
KAO Kadar Aspal Optimum ... 46
KAORef Kadar Aspal Optimum Refusal ... 47
kN Kilo Newton... 32
kPa Kilo Pascal ... 32
Laston Lapis Aspal Beton... 5
LVDT Linearly Variable Differential Transformer... 35
MPa Mega Pascal ... 32
MQ Marshall Quotient (Hasil Bagi Marshall) ... 22
NG Non Geogrid... 56
PRD Percentage Refusal Density ... 23
RSNI Rencana Standar Nasional Indonesia... 19
SHRP The Strategic Highway Research Program ... 31
SNI Standar Nasional Indonesia... 3
SSD Surface Saturated Dry ... 51
TAI The Asphalt Institute... 102
TFOT Thin Film Oven Test... 10
TRRL Transport and Road Research Laboratory ... 35
VFB Voids Filled with Bitumen (rongga terisi aspal)... 23
VIM Voids in Mixture (rongga dalam campuran)... 23
VIMRef VIM pada kondisi Refusal (membal)... 24
VMA Voids in Mineral Aggregates (rongga udara di dalam agregat) ... 8
LAMBANG b Lebar benda uji ... 32
C Konstanta pada hubungan N dengan ε... 27
cSt centiStokes ... 52
D Density ... 54
E Modulus kekakuan ... 32
Eo Modulus kekakuan awal ... 58
f Frekwensi... 34
Gsb Berat jenis padat (Bulk) agregat gabungan ... 60
h Tinggi... 32
K Konstanta pada hubungan N dengan σ... 27
L Panjang benda uji... 32
MPa Mega Pascal ... 32
m Konstanta pada hubungan N dengan ε... 27
N Umur kelelahan... 27
Nf Jumlah siklus saat keruntuhan ... 28
Ni Jumlah siklus saat retak awal terjadi... 28
Np Jumlah siklus penjalaran retak ... 28
n Konstanta pada hubungan N dengan σ... 27
Pb Perkiraan Kadar Aspal Optimum... 46
Psi Pound per Square Inch ... 32
rp Tingkat penjalaran retak ... 28
t Waktu... 35 Vb Volume bitumen (%)... 28 Vv Volume Rongga ... 28 v Kecepatan... 58 σ Tegangan... 27 ε(t,T) Regangan Tarik... 27 Σδi Defleksi kumulatif ... 29
δf Lendutan kumluatif pada saat keruntuhan ... 28
δi Lendutan kumluatif pada saat retak awal... 28
π Phi, (22/7) ... 34
δ200 Lendutan pada siklus ke 200... 58
Dengan Nama Allah yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang, Bacalah dengan menyebut nama Tuhanmu Yang menciptakan.. Dia telah menciptakan manusia dari segumpal darah.
Bacalah dan Tuhanmulah Yang Maha Pemurah. Yang mengajar (manusia) dengan perantara kalam. Dia mengajarkan manusia apa yang tidak diketahuinya. (Al ’Alaq : 1 - 5)
“Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang yang berakal, yaitu orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri, duduk atau berbaring, dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi, ………”
(QS 3: 190-191)
