HIPOTESIS PENELITIAN
1. KERANGKA KONSEPTUAL
Dalam bab ini diulas berbagai hal yang berkaitan dengan penelitian ini khususnya karakteristik dan sifat-sifat bahan atau material perkerasan seperti aspal nainyak (asphalt cement, AC), aspal residu, agregat dan campuran aspal beton (asphalt concrete mix design).
1.1. Aspal (Asphalt)
Menurut American Society for Testing and Material (ASTM), aspal
(asphalt) adalah material yang berbentuk pasta yang berwama coklat gelap
sampai hitam dengan unsur utamanya adalah bitumen yang teijadi secara alami atau dihasilkan melalui penyulingan minyak bumi. Pengertian aspal dan bitumen sering disamakan dan kebanyakan orang tidak dapat membedakannya. Pengertian Bitumen menurut ASTM adalah nama suatu bentuk senyawa hidrokarbon (CnHm) tertentu yang berbentuk padat, semipadat atau kental
dengan ukuran partikel colloid (< 1 n atau 0.001 mm). Pada kenyataamiya aspal dan bitumen ini tidak berdiri sendiri tetapi bercarapur di dalam minyak bumi dengan bermacam-macam senyawa hidrokarbon dan bahan-bahan cair (umumnya minyak berat) maupun gas alam (natural gas). Jadi dapat dikatakan, bitumen sebenaraya adalah bentuk yang mumi dari aspal (asphalt).
Aspal yang dipergunakan secara komersial saat ini, menurut asal atau sumbemya dapat dikelompokan menjadi empat, yaitu:
a. PiS^xtaiiiy2k(PetroleumAsphalt)
b. Aspal danau
c. AspdWiatnm (Rock Asphalt) d. Ter (Tar)
Dari keempat jenis aspal tersebut, aspal yang banyak digunakan dan dipasarkan adalah aspal minyak (petroleum asphalt), yang dihasilkan melalui proses penyulingan minyak bumi mentah (refining process crude oil).
Proses penyulingan minyak bumi ini ada dua yaitu Distillation Process dan Solvent Extraction Process. Dalam hal ini hanya akan dijelaskan penyulingan minyak bumi dengan proses distilasi (distillation process). Proses distilasi adalah proses penyulingan minyak bumi dengan menggunakan uap
(steam) dan tekanan (vacuum). Proses ini secara diagram alir (flow chart)
tampak pada Gambar 2.1. (Wallace and Martin, 1967). Pada proses pemisahan tahap pertama, akan dihasilkan berbagai produk, seperti:
a. Straight - run gasoline. b. Kerosene distilate.
d. Lubricating oil.
e. Heavy residual material.
dLWEU uw r savEMrs ^ KEROSENE ^UWrMfCROH. ]D0lE3aCil ^ I.U9RICM ING 011.3 3C-70 SC-J50 5C-S00 3C-M00 'A ffH -CUHING 43W«.r3 V - 3 0 VC-70 .w;-J50 «C-BOO «iC-3000 M CQIIJM -ClJRiflG Asmiu.r3 KC-70 RC-250 SC-000 PC-3000 R4PI0-CUBIflG i3w«.r3 R5-I t?3-2 W3-2 S3-I I.S3-1H SfllOMC EMULSflfO »3PH«.rs ■(I5-2K R3-3K. , Vi-K c.«-< S3-K SS-Ktl CAflOHIC EMULSIFIED ttWJiLrs
Gambar 2-1 Diagram alir (/low chart) produksi aspal minyak (petroleum
menjadi beberapa produk lagi, diantaranya aspal. Pada label 2-1 ditampilkan bahan-bahan yang sebelumnya tercampur menjadi satu dalam minyak bumi mentah dan produk akhir dari penyulingan minyak bumi (proses distilasi) menurut kelbmpoknya.
Tabel 2-1 Produk-produk Akhir Penyulingan Minyak Bumi (Crude Oil) (Sumber: Indrasurya, 1994)
JENIS KELOMPOK BAHAN JENIS BAHAN BAKAR DAN PRODUK AKHIR
1. Volatile Products - Liquid gases (gas alam cair)
• Natural gasoline (bensin alam)
2. Light Oils - Gasolines (bensin)
- Rocket and Jet fuels - Solvents (naphta, dll.) - Kerosene (miayak tanah)
3. Distillates - Range oil (minyak bakar)
- Furnace distillates - Diesel fuel (solar) -G as oil
4. Lubricating Oils - Motor oil
- Engine oil - Cylinder oil - Spindle, gear oil
5. Greases and Waxes - Parafin wax
- Microcrystalline wax - Petrolatum
- Salve bases - Greases (gemuk)
6. Residue - Heavy viscosity oil (minyak berat)
-Coke - Asphalt
Dari label 2-1 dapat diketahui bahwa aspal hanya merupakan salah satu dari sekian banyak bahan yang tercampur dalam minyak bumi mentah (crude
oil).
Kadar aspal dalam suatu minyak bumi tidak sama dari satu sumber yang satu dengaii yang lain. Minyak biasanya merapunyai ukuran derajat API (Asphalt Petroleum Institute) tertentu. Derajat API suatu minyak bumi mentah (dinyatakan dengan derajat) mempunyai hubungan dengan berat jenis (specific
gravity) dari minyak tersebut. Hubungan ini dinyatakan dalam persamaan (1)
dan (2), Derajat API = - n u V \specific gravity
(
1)
atau. 141.5 Spec, gravity = --- (2) ^ ^ ^ API + 1313 ^Dari persamaan (1), bila diketahui derajat API suatu minyak, dengan menggunakan Gambar 2-2 maka akan diperkirakan prosentase kadar aspal yang terdapat didalamnya (Wallace and Martin, 1967). Jadi minyak dengan specific
gravity = 1.0 akan setara dengan API 10°, ini berarti minyak tersebut memiliki
kadar aspal hampir 80%. Makin rendah derajat API -nya, makin tinggi kadar aspalnya dan sebaliknya.
Minyak bumi di Indonesia umumnya mempunyai derajat API yang tinggi sehingga tidak menguntungkan untuk sumber aspal, tetapi karena mengandung banyak minyak ringan (light oil) dan distilillates sehingga lebih menguntungkan
sebagai bahan bakar. Indonesia untuk memenuhi kebutuhan aspal minyaknya masih hams mengimpor minyak bumi dari Timur Tengah dan Amerika Latin (Venezuela) karena minyak bumi di daerah-daerah tersebut memiliki derajat API yang rendah (kadar aspal yang tinggi).
Gambar 2-2 Hubungan antara Derajat API terhadap Prosentase Kadar Aspal (Sumber: Wallace dan Martin, 1967)
Beberapa jenis aspal minyak yang umum dipakai adalah ; a. Aspal Semen (Asphalt Cement, AC)
- Penetrasi 60 - 70 -Penetrasi 8 0 -1 0 0 -Penetrasi 100-120 -Penetrasi 120-150 -Penetrasi 2 0 0 -3 0 0
Di Indonesia yang banyak dipakai dan dipasarkan adalah Asphalt
Cement Penetrasi 60-70, 80-100 dan 100-120
b. Aspal Cutback (Cutback Asphalt) Terdapat dalam beberapa jenis,
- Rapid - Curing Cutback Asphalt (RC Asphalt) - Medium - Curing Cutback Asphalt (MC Asphalt) - Slow - Curing Cutback Asphalt (SC Asphalt) c. Aspal Emulsi (Emulsified Asphalt)
- Anionic Emulsified Asphalt - Cationic Emulsified Asphalt
d. Air - Blown Asphalt atau Oxidized Asphalt
Untuk memenuhi persyaratan sebagai bahan perkerasan jalan, aspal harus mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
a. Sebagai bahan pengikat, harus memberikan daya lekat yang baik. b. Sebagai bahan pengisi, harus dapat mengisi volume yang tersedia. c. Memiliki sifat plastis yang tinggi.
Mutu suatu aspal minyak ditentukan oleh komposisi bahan-bahan yang terkandung didalamnya. Menurut Rostler dan White (1962), asphalt cement
(AC) terdiri dari lima komponen kimiawi, yakni;
a. Asphalthene. b. Mtrdgen bases. c. AcidaflBnsI d. AcidafiBns n e. Parafin
Selanjutnya Nitrogen bases, AcidafiBns I, Acidaffins II dan Parafin dikenal dengan Malthene.
Sedang menurut Tjitjik W.S. (1987), Asphalt Cement (AC) terdiri dari dua fraksi yaitu :
1. Fraksi Padat (disebut Asphaltene), sebagian besar berupa bahan bitumen dan sebagian kecil berupa zat karbon, bahan anorganik dan bahan padat lainnya.
2. Fraksi Cair (disebut Malthene), sebagian besar berupa minyak berat dan sedikit minyak yang lebih ringan.
Sifat-sifat aspal pada dasamya sangat tergantung pada dua hal pokok sebagai berikut;
1. Komposisi perbandingan antara asphaltene dan malthene. Semakin besar kandungan asphaltene-nya. semakin keras aspal tersebut (nilai penetrasinya rendah dan viskositasnya tinggi), dan hal ini akan
mempengaruhi sifat-sifat yang lain seperti titik lembek (softening point), plastisitasnya (ductility) dan kelekatannya.
2. Bahan-bahan yang terkandung dalam asphaltene dan malthene. Semakin banyak kadar parafin dalam malthene akan menurunkan daktilitas aspal. Bila pada asphaltene terdapat banyak unsur karbon hitamnya (karena peraah terbakar) maka akan berakibat fungsi aspal sebagai bahan pelekat berkurang.
1.2. Aspal Residu Hasil Pemumian Pelumas Bekas
Aspal residu yang dihasilkan sebagai produk sampingan dari proses pemumian minyak pelumas bekas, secara fisik berbeda dengan asphah cement
(AC) dimana pada kondisi suhu ruang aspal residu ini tidak dapat mengeras atau
tetap dalam keadaan cair (liquid).
Proses untuk mendapatkan aspal residu ini hampir sama dengan proses untuk mendapatkan asphalt cement (AC), yaitu destilasi dengan steam dan
vacuum. Perbedaannya adalah pada bahan bakunya, untuk mendapatkan aspal
residu ini bahan bakunya diperoleh dari minyak pelumas bekas yang dikumpulkan dari beberapa tempat di Indonesia. Diagram alir (flaw chart) proses distilasi minyak pelumas bekas ini dapat dilihat pada Gambar 2-3 dan Gambar 2-4.
Kondisi aspal residu yang tetap cair (liquid) ini dimungkinkan karena bahan bakunya yang berupa minyak pelumas bekas pada mulanya sudah merupakan fraksi yang lebih cair daripada aspal (lihat label 2-1). Selain
daripada itu kondisi cair (liquid) ini mengindikasikan bahwa kandungan fraksi cair (malthene) pada aspal residu ini jauh lebih besar dibandingkan dengan fraksi padatnya (asphalthene). Ini semakin diperkuat dengan kenyataan yang ada bahwa aspal residu ini tidak memiliki daya lekat yang baik. (Penelitian Universitas Indonesia, 1995).
Gambar 2-3 Skema Proses Pemumian Minyak Pelumas Bekas (Sumber; PT Wiraswasta Gemilang Indonesia)
BLOCK FLOW DIAGRAM o f REREFINERY PLANT
US£0 LUtC O il ( 1 2 * .I T/D) nUATCD FlUe GAS
Gambar 2-4 Blok Diagram Alir Rerefenery Plant
1.3. Agregat Mineral {MineralAs^resate)
Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada agregat sebagai bahan campuran perkerasan adalah:
1.3.1. Ukuran Dan Gradasi (Size And Grading)
Bahan-bahan berbutir atau agregat pada umumnya terdiri dari butiran (atau pecahan butiran) dengan berbagai macam ukuran dari yang besar sampai dengan yang halus. Sebagai gambaran, dianggap butiran tersebut berbentuk seperti bola-bola yang bulat sempuma yang terdiri dari berbagai macam diameter kemudian dibagi dalam beberapa kelompok ukuran (size group) yang lebih dikenal dengan fraksi. Untuk lebih jelasnya dapat diilustrasikan seperti pada Gambar 2-5 dan 2-6.
Gradasi adalah penyebaran ukuran diameter butiran agregat yang bisa diketahui dengan melalui suatu rangkaian ayakan yang terdiri dari berbagai ukuran. Gradasi untuk setiap jenis tipe campuran telah distandarkan, dengan maksud agar diperoleh campuran yang rapat dan padat. Untuk memperoleh campuran yang demikian umumnya dengan menggunakan beberapa fraksi agregat, yang secara umum dapat dikelompokkan dalam Fraksi Agregat Kasar (Coarse Aggregate, CA), Fraksi Agregat Halus (Fine Aggregate, FA) dan Fraksi Bahan Pengisi
Fraksi I O O O O O O oooo Fraksi II 0000»«0**«« Fraksi III Fraksi n
Gambar 2-5 Dustrasi Susunan Fraksi berdasarkan Diameter Butiran (Sumber: Sudarsono, 1993)
Pembagian fraksi tersebut diharapkan hams sedemikian rupa sehingga,
Fraksi II dapat masuk dan mengisi rongga antara butir Fraksi I, Fraksi in dapat masuk dan mengisi rongga antara butir Fraksi n, Fraksi IV dapat masuk dan mengisi rongga antara butir Fraksi III, Fraksi n dapat masuk dan mengisi rongga antara butir Fraksi (n-1).
Atau dengan kata lain dapat dikataka^
Butir d2 harus bisa melalui rongga-rongga antara butir di,
Butir ds harus bisa melalui rongga-rongga antara butir 6 2, Butir d4 harus bisa melalui rongga-rongga antara butir ds,
Gambar 2-6 Penampang Butir-butir yang Tersusun Rapat (Sumber: Sudarsono, 1993)
1.3.2. (Cleanliness)
Agregat yang kurang bersih permukaannya (karena debu atau kotoran lain) akan mengakibatkan aspal tidak dapat melekat dan meresap dengan baik sehingga tidak bagus bila dipakai sebagai bahan campuran perkerasan.
1.3.3. Kekuatan/Kekerasan (Toughness)
Agregat yang baik sebagai bahan campuran perkerasan adalah yang kuat dan keras (tidak mudah pecah dan hancur), sebab nantinya akan menerima beban lalu lintas kendaraan dan pelapukan (perubahan cuaca).
1.3.4. Bentuk Dan Kondisi Partikel (Particle Texture)
Bentuk yang baik dari agregat adalah partikelnya bersudut dan permukaannya kasar, karena hal ini akan menghasilkan tingkat
interlocking (kemampuan mengunci) antar partikel agregat yang baik
dan gesekan permukaan antar partikel besar, sehingga akan dihasilkan gaya gesar dalam (internal friction) yang besar. Untuk memperolehnya umumnya dengan mesin pemecah batu (stone crusher) sehingga agregat yang dihasilkan dikenal batu pecah (crushed stone).
Partikel yang berbentuk bulat (round) dan halus permukaannya akan mudah untuk dipadatkan, tetapi akan menghasilkan gaya geser dalam (internal friction) yang lebih rendah karena kemampuan untuk
saling mengunci antar partikel tidak mungkin teijadi dan gesekan permukaan antar partikel sangat kecil.
1.3.5. Penyerapan (A bsorption)
Yang dimaksud dengan penyerapan disini adalah kemampuan agregat untuk menyerap air melalui pori-porinya. Kemampuan agregat untuk menyerap air ini perlu diketahui karena hal ini identik dengan kemampuannya untuk menyerap aspal.
Daya serap aspal yang tinggi akan mengakibatkan pemakaian aspal yang lebih tinggi^anyak, karena aspal yang dipakai untuk menyelimuti agregat sebagian besar diserap ke dalam pori-pori agregat. Hal ini tentu bukan suatu hal yang baik (biaya aspal menjadi mahal).
1.3.6. Kelekatan Terhadap Aspal (Affinity For Asphalt)
Terkadang dijumpai batuan/agregat yang sulit untuk menerima aspal untuk melekat pada permukaannya sehingga aspal mudah mengelupas (asphalt stripping). Mengelupasnya aspal ini dapat juga disebabkan terserapnya air oleh batuan yang senang air (hydrophilic =
water loving). Agregat yang baik untuk bahan campuran perkerasan
1.4. Perencanaan Campuran Aspal Beton {Asphalt Concrete Mix Design) DaJam perecanaan campuran perkerasan terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan agar diperoleh campuran yang memenuhi standar yang ditetapkan, yaitu:
1.4.1. Stabilitas (Stability) Campuran
Stabilitas adalah kekuatan campuran aspal dalam menahan deformasi akibat beban tetap dan berulang tanpa mengalami keruntuhan
(plastic flow).
Stabilitas suatu campuran aspal adalah menipakan flingsi dari ; a. Kekuatan geser dari campuran yang disebabkan,
- adanya tahanan geser antar agregat; - viskositas/kekentalan (viscosity) aspal.
b. Kekuatan aspal terhadap gaya tarik (tensile strength). c. Kekuatan terhadap beban dinamis/berulang.
Nilai stabilitas campuran aspal diperoleh dengan melakukan test Marshall teriiadap benda uji. Selain daripada nilai stabilitas juga diperoleh nilai kelelahan plastis (flaw) dan dengan perhitimgan dapat diperoleh nilai Marshall Quotient.
1.4.2. Ketahanan/Keawetan (Durability)
Durability disini secara umum diartikan sebagai ketahanan campuran aspal terhadap cuaca dan ikiim yang mengakibatkan
pelapukan dan ketahanan terhadap perusakan akibat beban roda kendaraan. Sedangkan secara khusus, durability meliputi hal-hal sebagai berikut:
a. Tahan terhadap pengaruh oksidasi dan suhu udara sehingga campuran tidak cepat menua (ageing), yang dapat berakibat turunnya nilai penetrasi secara drastis.
b. Tahan terhadap aksi perusakan oleh air.
c. Tidak mudah pecah akibat beban tumbukan roda (resistance to brittle
cracking).
Hal ini dapat dicapai bila aspal yang dipakai memenuhi persyaratan dalam hal penetrasi (penetration) sebelum dan sesudah kehilangan berat (Thin Film Oven Test, TFO), rongga udara (air voids) dan stabilitas (stability).
1.4.3. Fleksibilitas
Campuran aspal yang baik adalah campuran yang memiliki sifat kelenturan (flexibility) tanpa mengalami pecah (cracking) sesuai dengan tujuannya yaitu membuat perkerasan lentur (flexible pavement). Kelenturan yang dimaksud adalah :
a. Kemampuan melentur akibat beban roda kendaraan.
b. Kemampuan melentur untuk mengikuti variasi penurunan berbeda
(differential settlement) dari pondasi dan subgrade dalam jangka
Agar dapat diperoleh campuran aspal yang lentur (flexible), aspal yang digunakan harus memenuhi persyaratan penetrasi (penetration) dan daktilitas (ductility).
1.4.4. Ketahanan Lelah (Fatigue Resistance)
Adalah kemampuan campuran aspal untuk menerima beban yang berulang'ulang tanpa teijadi pecah (cracking). Hal ini dapat ditinjau dari nilai stabilitas (stability) dan daktilitas (ductility) aspal.
1.4.5. YtxvcadbM2iS (Permeability)
Permeability adalah tingkat kemudahan campuran aspal untuk
dimasuki oleh air dan udara. Campuran aspal yang baik adalah yang cenderung impermeability (permiabilitasnya rendah), sebab campuran aspal yang permeable (permiabilitasnya tinggi) akan mengakibatkan : a. Mudah diresapi air, sehingga aspal sulit untuk melekat dan mudah
mengelupas/lepas (asphalt stripping).
b. Mudah teijadinya oksidasi dan menguapnya malthene, sehingga mempercepat proses menua (ageing) yang berakibat aspal mengeras dan mudah pecah (crack).
Untuk mengetahui apakah campuran aspal bersifat permeable atau impermeable dapat ditinjau dari rongga udara (air voids) dan rongga dalam mineral (voids in mineral agregat, VMA).
1.4.6. Ketahanan Terhadap Geser (SkidResistance)
Adalah kemampuan dari permukaan perkerasan aspal, khususnya saat basah, imtuk memberi perlawanan terhadap slip (slipping) dan gelincir (skidding). Faktor-faktor yang diperlukan untuk menghasilkan
skid resistance adalah sama dengan bagaimana memperoleh stabilitas
yang tinggi, yaitu kadar aspal yang tepat dan agregat dengan permukaan kasar serta pemadatan yang baik.
1.4.7. Kemudahm Veldksmaan (Workability)
Adalah kemudahan campuran aspal untuk dicampur, dipadatkan dan dibentuk sesuai dengan keinginan. Untuk itu aspal yang dipakai harus memenuhi spesifikasi yaitu titik lembek (softeningpoint), penetrasi
(penetration) dan titik nyala (flash point).
Dari uraian diatas secara umum terdapat hubungan antara variasi (yang dapat diubah) dalam campuran aspal dengan sifat-sifat campuran aspal seperti yang tampak pada Tabel 2-2.
label 2-2 Hubungan Antara Variasi Kadar Bitumen, Viscosity Bitumen dan Gradasi Agregat dengan Sifat-sifat Campuran Aspal
(Sumber: Indrasurya, 1994) S I F A T Kadar bitumen dalam campuran Viscosity bahan bitumen Gradasi agregat
Rendah Tiaggi Rendah Tinggi Terbuka
(open) Rapat (dense) A Stability Tinggi Rendah « « * * « B. Durability Tinggi Rendah « * * « * C. Flexibility Tinggi Rendah *
D. Fatigue Resistance Tinggi Rendah
« «
E. Permeability Tinggi
Rendah « «
F. Skid Resistance Tinggi Rendah « G. Workability Mudah Sulit « « 2. HIPOTESIS PENELITIAN
Dari permasalahan dan landasan teori yang ada dapat disusun hipotesis sebagai berikut ;
1. Pemakaian campuran aspal residu dan asphalt cement, AC akan menghasilkan kualitas/mutu campuran perkerasan yang sama dengan campuran yang hanya menggunakan asphalt cement, AC.
2. Terdapat hubungan antara penambahan aspal residu pada asphalt
Dengan pertimbangan diatas maka dilakukan pencampuran aspal residu ini dengan asphalt cement, AC sehingga diharapkan dapat memperbaiki sifat aspal residu ini agar dapat memenuhi spesifikasi Bina Marga dan memungkinkan untuk dipakai sebagai bahan campuran perkerasan jalan. Pencampurannya dengan perbandingan prosentase berat terhadap variasi kadar aspal yang tetap.
2. SAMPEL PENELITIAN
Untuk mengetahui bagaimana mutu campuran perkerasan yang dihasilkan dengan mencampur asphalt cement, AC dan aspal residu adalah dengan membuat benda uji dari suatu jenis/tipe perkerasan tertentu. Dalam penelitian ini diambil jenis perkerasan Lapis Aspal Beton (LASTON) atau biasa dikenal Asphalt Concrete sesuai dengan standar yang ditetapkan oleh Bina Marga, No. 13/PT/B/1983.
Besarnya sampel untuk setiap kadar aspal minimal diambil tiga benda uji dan selang (range) prosentase kadar aspal diambil dua diatas dan dua dibawah prosentase kadar aspal optimum perkiraan. Perbedaan prosentase antara kadar aspal yang satu dengan lainnya adalah 0,5% (Asphalt Institute, 1983).
Sesuai dengan Petunjuk Pelaksanaan LASTON (1983), kadar aspal optimum diperkirakan 4 - 7 % terhadap berat total campuran, dengan demikian variasi kadar aspal yang dipilih adalah 5 sampai dengan 7.5% dengan perbedaan 0.5%.
