DESAIN TEBAL PERKERASAN KAKU LANDAS PACU MENGGUNAKAN METODE FAA DENGAN
PROGRAM FAARFIELD DAN COMFAA
Taufik Dimitri Fakultas Teknik Sipil Institut Teknologi Nasional Jln. PHH Mustafa 23, Bandung
Telp: (022) 7272215 [email protected]
Silvia Sukirman Fakultas Teknik Sipil Institut Teknologi Nasional Jln. PHH Mustafa 23, Bandung
Telp: (022) 7272215 [email protected]
Putu Kresna Jaya Fakultas Teknik Sipil Institut Teknologi Nasional Jln. PHH Mustafa 23, Bandung
Telp: (022) 7272215 [email protected]
Abstract
Currently, the number of Soekarno-Hatta airport runway is planned to be added so that the expected capacity of the airport can be improved. One of the components that is contained in runway is pavement.
FAARFIELD and COMFAA is programs to design and evaluate runway pavement thickness that refers to FAA method. The case studies in this research is to design the 3rd runway rigid pavement of Soekarno- Hatta Airport which has 3660 m length and 60 m width. The design results are obtained, K-400 concrete slab 50 cm thick, graded crushed aggregat (P-209) 30 cm thick and econocrete (P-306) 20 cm thick.
Reinforcement bars of concrete slab use D19-150 mm, dowel use D40 with 510 mm length and 480 mm spacing, tie bars use D16 with 762 mm length and 762 mm spacing. FAA pavement codefication is 104/R/B/W/T.
Keywords: rigid pavement, runway, software FAARFIELD, software COMFAA
Abstrak
Jumlah runway Bandar Udara Soekarno-Hatta saat ini direncanakan akan ditambah sehingga diharapkan kapasitas Bandar Udara dapat ditingkatkan. Salah satu komponen yang terdapat pada runway adalah perkerasan. FAARFIELD dan COMFAA merupakan program untuk mendesain dan mengevaluasi tebal perkerasan runway yang mengacu pada metode FAA. Studi kasus pada penelitian ini adalah merancang tebal perkerasan kaku runway 3 Bandara Soekarno-Hatta yang memiliki panjang 3660 m dan lebar 60 m termasuk bahu. Dari hasil desain diperoleh pelat beton K-400 setebal 50 cm, econocrete (P-306) setebal 20 cm, dan tebal graded crushed aggregat (P-209) 30 cm. Penulangan pelat beton menggunakan tulangan D19-150 mm, dowel D40 dengan panjang 510 mm dan spasi 480 mm, tie bars D16 dengan panjang 762 mm dan spasi 762 mm. Kodefikasi perkerasan sesuai FAA adalah 104/R/B/W/T.
Kata kunci: perkerasan kaku, runway, program FAARFIELD, program COMFAA
PENDAHULUAN
Jenis perkerasan yang sering digunakan untuk perencanaan runway, yaitu perkerasan kaku. Susunan perkerasan kaku terdiri dari pelat beton, beton kurus (econcrete) dan lapis pondasi yang berupa agregat kasar dan halus (subbase).
Salah satu metode desain tebal perkerasan kaku runway yaitu dengan metode FAA (Federal Aviation Administration) menggunakan program FAARFIELD, sedangkan untuk evaluasi tebal perkerasan dapat menggunakan program COMFAA.
Kedua program tersebut mengacu pada Metode FAA tahun 2009.
Ruang lingkup penelitian ini adalah:
1. Data frekuensi penerbangan dan jenis pesawat diperoleh dari Angkasa Pura II.
2. Data daya dukung lapisan tanah dasar diperoleh dari Angkasa Pura II.
3. Desain tebal perkerasan khusus untuk runway 3; dengan jenis perkerasan adalah perkerasan kaku.
4. Pelat beton yang digunakan adalah pelat beton bertulang dengan sambungan.
5. Metode desain tebal perkerasan kaku menggunakan metode FAA Tahun 2009 yang dilengkapi dengan program FAARFIELD versi 1.305
6. Menghitung nilai PCN dan ACN menggunakan program COMFAA 3.0 untuk mengetahui kondisi struktur dan kodefikasi perkerasan yang telah didesain.
TINJAUAN PUSTAKA
Desain Tebal Perkerasan menggunakan Program FAARFIELD
Langkah-langkah mendesain tebal perkerasan kaku menggunakan program FAARFIELD adalah sebagai berikut:
1. mengolah data lalu lintas sehingga diperoleh jenis dan frekuensi pesawat yang akan menggunakan runway 3 di awal umur rencana;
2. menentukan nilai modulus reaksi tanah dasar (k) dengan menggunakan Rumus 1;
k = (1)
dengan:
k = modulus reaksi tanah dasar (MN/m3 atau lb/inch3) CBR = daya dukung tanah dasar
3. menentukan nilai modulus of rupture pelat beton (MR) dengan menggunakan Rumus 2;
(2) dengan :
MR = modulus of rupture beton(MN/m2 atau psi) k = nilai koefisien 8 – 10
fc’ = kuat tekan beton (psi)
4. memilih jenis dan tebal material lapis perkerasan subbase dan stabilized subbase;
5. menentukan tebal perkerasan kaku dengan menggunakan program FAARFIELD versi 1.305;
6. menentukan dimensi tulangan pelat, tulangan sambungan dan jarak antar sambungan.
7. mengevaluasi hasil desain tebal perkerasan sehingga didapat nilai Pavement Clasification Number (PCN) dan Aircraft Clasification Number (ACN) adalah menentukan kodefikasi runway.
Hasil yang diperoleh dari program FAARFIELD versi 1.305 adalah sebagai berikut:
1. Tebal pelat beton yang dibutuhkan untuk menampung lalu lintas pesawat selama umur rencana.
2. Tegangan horisontal maksimum oleh beban dan lalu lintas pesawat, yang digunakan untuk mendesain tulangan pelat beton.
3. Nilai Cumulative Damage Factor (CDF) yang menyatakan kontribusi kegagalan maksimum pada perkerasan. Sebagai contoh, nilai CDF 0,75 akan mengartikan umur perkerasan sudah 75% dari umur layanan yang direncanakan, sehingga perkerasan ini memiliki 25% umur sisa untuk pergerakan pesawat mendatang sebelum akhirnya perkerasan ini gagal/failure.
Desain Tulangan Pelat Beton
Tulangan pelat beton bersambung dengan tulangan berfungsi untuk menahan tegangan yang bekerja dari beban pesawat.
Rumus - rumus yang dipakai untuk mendesain tulangan pelat beton adalah sebagai berikut:
1. nilai Mu yang dihasilkan oleh beban pesawat dihitung dengan menggunakan Rumus
Mu = 1,7 (3) dengan :
Mu = Momen ultimit (lb-in)
= , tegangan maksimum bagian tepi perkerasan (psi)
= tegangan maksimum pesawat (psi)
= , momen inersia (in4)
c = 0,5 h , jarak dari sumbu netral ke titik terluar pelat (in) h = tebal pelat (inch)
2. nilai ϕMn dihitung dengan menggunakan Rumus 4;
ϕMn = ϕ (4)
dengan:
ϕMn = kapasitas tulangan (lb-in)
As = luas tulangan per feet dianggap memiliki 2 buah tulangan (in2) Φ = 0,9
Fy = kuat tarik tulangan (psi) f’c = kuat tekan beton (psi) d’ = selimut beton (in) ρ = rasio tulangan =
d = jarak dari permukaan pelat sampai tulangan (in) b = section width = 1 feet (12 inch)
3. nilai rasio tulangan maksimum dihitung dengan menggunakan Rumus 5;
ρmin = (5) dengan:
ρmin = rasio tulangan minimum
fy = kuat tarik tulangan (psi)
4. nilai rasio tulangan balance dihitung dengan menggunakan Rumus 6;
ρb = 0,85 x β1 x (6) dengan:
ρb = rasio tulangan kondisi balanced fy = kuat tarik tulangan (psi)
f’c = kuat tekan beton (psi)
β1 = 0,85 – 0,008( f’c – 30), untuk f’c ≤ 30 Mpa, maka β1 = 0,85 5. nilai rasio tulangan maksimum dihitung dengan menggunakan Rumus 7;
ρmax = 0,75 x ρb (7) dengan:
ρmax = rasio tulangan maksimum ρb = rasio tulangan kondisi balanced
Tulangan pelat beton memenuhi syarat jika nilai ϕMn ≥ Mu dan nilai ρmin < ρ < ρmax. Jarak antar sambungan dan tulangan sambungan ditentukan dengan menggunakan Tabel 1, Tabel 2, dan Tabel 3 yang mengacu pada FAA No.150/5320/6E.
Tabel 1 Dimensi dan Spasi Pemasangan Dowel pada Perkerasan Kaku Tebal Pelat Diameter Panjang Spasi
6–7 in (150–180 mm)
¾ in (20 mm)
18 in (460 mm)
12 in (305 mm) 8–12 in
(210–305 mm)
1 in (25 mm)
19 in (480 mm)
12 in (305 mm) 13–16 in
(330–405 mm)
1¼ in (30 mm)
20 in (510 mm)
15 in (380 mm) 17–20 in
(430–510 mm)
1½ in (40 mm)
20 in (510 mm)
18 in (460 mm) 21–24 in
(535–610 mm)
2 in (50 mm)
24 in (610 mm)
18 in (460 mm) Sumber: FAA No.150/5320/6E (2009)
Tabel 2 Jarak Maksimum Antar Sambungan Tanpa Stabilized Subbase
Slab Thickness Joint Spacing
inch mm ft m
6 152 12,5 3,8
6,5-9 165-229 15 4,6
>9 >229 20 6,1
Sumber: FAA No.150/5320/6E (2009)
Tabel 3 Jarak Maksimum Antar Sambungan Dengan Stabilized Subbase
Slab Thickness Joint Spacing
inch mm ft m
8-10 203-254 12,5 3,8
10,5-13 267-330 15 4,6
13,5-16 343-406 17,5 5,3
>16 >406 20 6,1
Sumber: FAA No.150/5320/6E (2009)
Penentuan Nilai PCN dan ACN dengan Menggunakan Program COMFAA
Pada penelitian ini, program COMFAA digunakan untuk mengevaluasi hasil desain tebal perkerasan kaku dengan menggunakan program FAARFIELD. Program ini merujuk pada FAA No.150/5335/5C.
Dengan menggunakan COMFAA diperoleh nilai Aircraft Classification Number (ACN) dan Pavement Classification Number (PCN) yang digunakan untuk menentukan kode perkerasan runway. Kode perkerasan ini dapat digunakan oleh operator bandara untuk menentukan jenis pesawat yang dapat memakai bandara dalam usaha pemeliharaan struktur perkerasan.
Data yang diinputkan kedalam program COMFAA adalah sebagai berikut:
1. tebal pelat beton;
2. tebal subbase dan stabilized subbase;
3. modulus of rupture beton (MR);
4. nilai k tanah dasar;
5. nilai k improved yang didapat dari spreadsheet COMFAA;
6. data jenis dan lalu-lintas pesawat.
DATA PERENCANAAN
Data yang dipakai berupa data sekunder yang diperoleh dari PT. Angkasa Pura II yang terdiri atas:
1. CBR tanah dasar sebesar 5,1 %.
2. Data jenis dan frekuensi pesawat yang merupakan data untuk Runway 1 dan Runway 2 tahun 2014 seperti Tabel 4.
3. Pertumbuhan lalu lintas dari tahun 2013 sampai dengan 2014 sebesar 5,75 % untuk penerbangan domestik dan 8,04 % untuk penerbangan internasional.
Tabel 4 Data Arus Lintas Lintas Runway 1 dan 2 Tahun 2014
Domestik Internasional Domestik Internasional
1 B737-800 117614 19450 16 B777-200ER - 4016
2 B737-900ER 96976 6636 17 B767-300 - 1181
3 A320-200 40722 19686 18 A321-100 - 1175
4 B737-500 16736 13 19 A340-300 - 985
5 B737-300 14814 11 20 B787-800 - 787
6 B737-400 9632 8 21 A319-100 - 747
7 A330-200 3711 8031 22 A310-200 - 300
8 A330-300ER 1912 5698 23 A340-200 - 269
9 Beech 1900C 1231 - 24 A300-600 - 74
10 B777-300 868 12216 25 B737-700 - 55
11 MD-82 707 2 26 B777-300ER - 30
12 BOMBARDIER CRJ1000 686 - 27 A319-200 - 8
13 A300-300 286 1772 28 A340-600 - 22
14 B747-400 207 1566 29 B767-200ER - 18
15 B737-200C 126 -
Penerbangan per tahun/2 runway No Jenis Pesawat
Penerbangan
per tahun/2 runway No Jenis Pesawat
(Sumber: PT. Angkasa Pura II)
ANALISIS DATA
Pengolahan Data Lalu Lintas Pesawat
Volume lalu lintas Tahun 2016 dihitung dari data lalu lintas Tahun 2014 dengan menggunakan pertumbuhan lalu lintas rata-rata dari penerbangan domestik dan penerbangan internasional di runway 1 dan runway 2 yaitu sebesar 6,9 %. Volume lalu- lintas runway 3 diasumsikan akan melayani 30 % dari volume lalu lintas runway 1 dan 2, sehingga diperoleh volume runway 3 seperti pada Tabel 5.
Desain Tebal Pelat Beton Menggunakan Program FAARFIELD
Mutu beton yang digunakan pada perkerasan kaku runway adalah K-400. Mutu beton K-400 (f’c 33,2 MPa) dengan MR sebesar 608 psi sesuai dengan yang direkomendasikan oleh FAA yaitu berkisar antara 600-650 psi.
Jenis pesawat yang direncanakan menggunakan runway 3 memiliki berat melebihi 100.000 lbs sehingga dibutuhkan lapisan stabilized subbase, dan jenis yang dipilih adalah econocrete (P-306). Jenis dan tebal subbase serta stabilized subbase yang digunakan untuk merencanakan tebal pelat beton seperti ditunjukkan oleh Tabel 6.
Tabel 5 Traffic Pesawat Runway 3
No Jenis Pesawat
Traffic Runway 3 2016 (pesawat/tahun)
No Jenis Pesawat
Traffic Runway 3 2016 (pesawat/tahun)
1 B737-800 46985 16 B777-200ER 1377
2 B737-900ER 35518 17 B767-300 405
3 A320-200 20708 18 A321-100 403
4 B737-500 5741 19 A340-300 338
5 B737-300 5082 20 B787-800 270
6 B737-400 3305 21 A319-100 256
7 A330-200 4025 22 A310-200 103
8 A330-300ER 2609 23 A340-200 92
9 Beech 1900C 422 24 A300-600 25
10 B777-300 4485 25 B737-700 19
11 MD-82 243 26 B777-300ER 10
12 BOMBARDIER CRJ1000 235 27 A319-200 3
13 A300-300 705 28 A340-600 8
14 B747-400 608 29 B767-200ER 6
15 B737-200C 43
Tabel 6 Jenis dan Tebal Material Lapis Pondasi
No Lapisan Jenis (Kode) Tebal
1 Subbase Graded Crushed
Aggregate (P- 209)
11,50 inch (30 cm) 2 Stabilized Subbase Econocrete
(P-306)
7,50 inch (20 cm)
Dengan menginputkan parameter perencanaan ke dalam program FAARFIELD diperoleh tebal minimum pelat beton seperti ditunjukan oleh Gambar 1.
Gambar 1 Output FAARFIELD
Hasil desain tebal perkerasan kaku adalah sebagai berikut:
1. lapisan Beton K-400 = 20,03 in (50 cm);
2. lapisan Graded Crushed Aggregate = 11,5 in (30 cm);
3. lapisan Econocrete = 7,5 in (20 cm).
Gambar 2 menunjukkan bahwa pesawat B737-900 ER memiliki pengaruh kerusakan atau nilai CDF paling besar yaitu sebesar 0,67.
Gambar 2 Nilai CDF Pesawat
Desain Tulangan
Desain tulangan pelat beton mengacu pada nilai tegangan maksimum terbesar yang dihasilkan oleh pesawat B737-900 ER yaitu sebesar 327,1068 psi. Tulangan pelat beton yang dipakai adalah D19 – 150 mm.
Penulangan sambungan pelat beton dan jarak antar sambungan untuk pelat beton setebal 20,02 inch (50 cm) diperoleh sebagai berikut:
1. Dowel memakai dimensi D 40 (1,5 in), panjang 20 in (510 mm) dan spasi 18 in (480 mm).
2. Tie bars memakai dimensi D16 (5/8 in), panjang 30 in (762 mm) dan spasi 30 in (762 mm).
3. Jarak maksimal antar sambungan pelat 20 ft (6 m).
Perhitungan Nilai PCN dan Kodefikasi Perkerasan Menggunakan Program COMFAA
Dengan menginputkan data hasil desain ke dalam program COMFAA, diperoleh hasil angka PCN > ACN seperti yang ditunjukkan Gambar 3 dan Tabel 7. Ini menunjukkan bahwa tebal pelat beton mampu memikul beban pesawat yang direncanakan akan menggunakan runway 3.
Gambar 3 Perbandingan Nilai ACN/PCN
Tabel 7 Nilai ACN dan PCN Jenis Pesawat Terbesar
Jenis pesawat ACN
lbs/in³
PCN lbs/in³
B777-200 ER 64 72
A330-300 64 72
B777-300 69 79
B787-800 70 79
B777-300 ER 86 96
A340-600 89 104
Kodefikasi perkerasan kaku untuk runway 3 adalah 104/R/B/W/T dengan penjelasan kodefikasi tersebut seperti pada Tabel 8.
Tabel 8 Detail Kodefikasi Perkerasan Keterangan Detail Satuan Kode
PCN terbesar 104 lbs/in³ -
Jenis Perkerasan Kaku - R
k improved 334 lbs/in³ B
Tekanan Ban 220 psi W
Metode Evaluasi Teknis - T
KESIMPULAN
Dari hasil desain perkerasan kaku untuk runway 3 Bandar Udara Soekarno Hatta, dapat diambil kesimpulan hal-hal sebagai berikut:
1. Dengan menggunakan program FAARFIELD diperoleh tebal pelat beton K-400 setebal 50 cm yang diletakkan di atas lapisan stabilized subbase (econocrete) setebal 20 cm dan lapisan subbase (P – 209) setebal 30 cm.
2. Penulangan pelat beton adalah D19 – 150 mm. Tulangan dowel berdimensi D 40 (1,5 in), panjang 20 in (510 mm) dan spasi 18 in (480 mm). Tulangan tie bars berdimensi D16 (5/8 in), panjang 30 in (762 mm) dan spasi 30 in (762 mm). Jarak maksimal antar sambungan pelat adalah 20 ft (6 m).
3. Dengan menggunakan program COMFAA diperoleh bahwa nilai PCN lebih besar dari nilai ACN, berarti perkerasan mampu memikul beban rencana selama umur rencana.
4. Kodefikasi runway 3 adalah 104/R/B/W/T.
DAFTAR PUSTAKA
Federal Aviation Administration. 2009. Advisory Circular AC 150/5320-6E: Airport Pavement Design and Evaluation. Washington, D.C: US Department of Transportation.
Federal Aviation Administration. 2014. Advisory Circular AC 150/5335-5C:
Standardized Method of Reporting Airport Pavement Strength - PCN.
Washington, D.C: US Department of Transportation.
