ANALISA PENGARUH SUHU TERHADAP UMUR PELAYANAN JALAN DENGAN METODE ANALITIS Analisa Pengaruh Suhu Terhadap Umur Pelayanan Jalan Dengan Metode Analitis (Studi Kasus Pada Jalan Pantura Ruas Rembang - Bulu).

(1)

Naskah Publikasi Ilmiah

untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S - 1 Teknik Sipil

diajukan oleh :

Dwi Wahyu Gangsar Rizqi NIM : D 100 070 0033 NIRM : 07 6 106 03010 50033

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISA PENGARUH SUHU TERHADAP UMUR RENCANA JALAN DENGAN METODE ANALITIS

(STUDI KASUS PADA JALAN PANTURA RUAS REMBANG - BULU)

Naskah Publikasi Ilmiah

diajukan oleh : Dwi Wahyu Gangsar Rizqi

NIM : D 100 070 033 NIRM : 07 6 106 03010 50033

Susunan Dewan Penguji

Pembimbing Pertama Pembimbing Kedua

(Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D.) (Ir. H. Sri Widodo, M.T. )

NIK. 682 NIK. 542

Dewan Penguji

(H. Muslich Hartadi Sutanto, S.T., M.T., Ph.D.) NIK. 851

Tugas Akhir ini diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil.

Mengetahui, Menyetujui,

Dekan Fakultas Teknik Ketua Jurusan Teknik Sipil

(Ir. Agus Riyanto SR, M.T.) (Ir. H. Suhendro Trinugroho, M.T.)

(3)

ANALISA PENGARUH SUHU TERHADAP UMUR PELAYANAN JALAN DENGAN METODE ANALITIS

(STUDI KASUS PADA JALAN PANTURA RUAS REMBANG - BULU)

ABSTRAKSI

Suhu merupakan salah satu parameter yang penting dalam perencanaan perkerasan karena mempengaruhi material aspal yang bersifat visko-elastik. Oleh sebab itu dalam penelitian ini akan dibahas mengenai pengaruh suhu terhadap nilai modulus kekakuan aspal dan umur pelayanan jalan dengan variasi suhu udara sebesar 24°C, 26°C, 28°C, 30°C dan 31°C.

Untuk penelitian pada jalan Pantura ruas Rembang – Bulu menggunakan data sekunder berupa data struktur perkerasan dan kecepatan rata rata kendaraan yang diperoleh dari Direktorat Jendral Bina Marga, Balai Besar Pelaksanaan Jalan Nasional V (Satuan Kerja Non Vertikal Tertentu Perencanaan Jalan dan Jembatan Jawa Tengah) serta data lalu lintas harian rata-rata diperoleh dari Dinas Perhubungan Jawa Tengah. Data-data ini kemudian diolah dengan menggunakan metode analitis sehingga diperoleh nilai modulus kekakuan lapis perkerasan sebagai data input unutk perangkat lunak BISAR 3.0. Dari output BISAR 3.0 diperoleh nilai asphalt mix horizontal tensile strain (εt) dan subgrade vertical

strain (εz) yang digunakan untuk menghitung nilai umur pelayanan jalan dan

dapat diperoleh pengaruh suhu terhadap nilai modulus kekakuan dan umur pelayanan jalan.

Dari analisis yang dilakukan, diperoleh kesimpulan bahwa ketika nilai suhu udara naik, maka nilai modulus kekakuan dan umur pelayanan jalan akan menurun. Untuk pengaruh suhu terhadap modulus kekakuan pada kondisi fatigue

diperoleh persamaan eksponensial untuk AC-WC y = 35517e-0,17x; AC-BC y y = 31865e-0,18x; AC-Base y = 28859e-0,18x; sedangkan pada kondisi deformasi untuk AC-WC y = 10695e-0,17x; AC-BC y = 36497e-0,14x ; AC-Base y = 28859e-0,18x dengan x adalah suhu dan y adalah modulus kekakuan. Untuk pengaruh suhu terhadap umur pelayanan pada kondisi fatigue diperoleh persamaan y = 1,163e

-0,06x

; sedangkan untuk kondisi deformasi diperoleh persamaan y = 20,3e-0,07x ; dengan x adalah suhu dan y sebagai umur pelayanan.

(4)

PENDAHULUAN

Jalan mempunyai peranan penting terutama dalam mendukung ekonomi,

sosial budaya, lingkungan, politik, serta pertahanan keamanan. Jalan juga

mempunyai umur yang direncanakan dalam melayani lalu lintas yang

melewatinya. Seiring berjalannya waktu jalan akan mengalami penurunan kondisi

yang juga akan berpengaruh terhadap menurunnya kemampuan jalan untuk

melayani lalu lintas yang melewatinya.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh suhu

terhadap nilai stiffnes modulus lapisan beraspal pada struktur perkerasan jalan

pantura ruas Rembang-Bulu dan menganalisis hubungan antara suhu dengan

umur pelayanan jalan menggunakan metode analitis.

LANDASAN TEORI

A. Perkerasan Jalan

Secara umum pengertian perkerasan jalan adalah jalan yang diperkeras

dengan lapisan konstruksi tertentu, dengan ketebalan, kekuatan, kekakuan dan

kelenturan tertentu agar dapat menyalurkan beban lalu lintas yang bekerja dan

melewati di atasnya untuk disebarkan ke lapisan yang berada di bawahnya

(Hardiani, 2008).

B. Suhu

Suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata dari molekul-molekul suatu

benda. Suhu suatu benda adalah keadaan yang menentukan kemampuan benda

tersebut, untuk memindahkan panas ke benda-benda lain atau menerima panas

dari benda-benda lain tersebut (sumber :

ml.scribd.com/doc/41399735/Definisi-Suhu, diakses tanggal 1 september 2012). Pada suhu tinggi dan waktu

pembebanan yang relatif lama aspal akan berlaku sebagai cairan viskos (viscous

liquid), sedangkan pada suhu rendah dan waktu pembebanan yang pendek aspal

akan bersifat elastik. Pada suhu diantara kedua ekstrim tersebut maka aspal

(5)

C. Umur Pelayanan

Umur pelayanan adalah kemampuan jalan untuk mendukung beban lalu

lintas yang melewatinya sampai saat diperlukan perbaikan pada jalan tersebut.

umur pelayanan jalan dapat digambarkan dalam satuan juta lintasan beban gandar

standar/million standard axle load (MSA) maupun dalam satuan tahun

D. Konsep Metode Analitis

Pada umumnya prinsip utama dari metode analitis adalah mengasumsikan

perkerasan jalan lentur menjadi suatu multi-layer (elastic) structure, dan

perkerasan kaku manjadi sebuah beam on elastic foundation. Akibat dari beban

lalu lintas yang bekerja di atasnya maka konstruksi perkerasan jalan akan terjadi

tegangan (stress) dan regangan (strain), dengan mengasumsikan beban yang

bekerja pada struktur perkerasan tersebut adalah beban statis merata (Brown, S.F.

dan Brunton, J.M., 1984). Untuk penelitian ini digunakan Nottingham Design

Method.

E. Tinjauan Wilayah Studi

Ruas jalan Pantura merupakan ruas jalan yang mempunyai fungsi vital

dalam usaha pengembangan kehidupan masyarakat di pulau Jawa khususnya.

Letak geometrik ruas jalan arteri ini hampir sebagian besar berada di wilayah

pinggir pantai, kusunya untuk wilayah Rembang. Di wilayah ini sama dengan

daerah di Indonesia yang beriklim tropis sehingga mempunyai indikasi untuk

memiliki suhu yang tinggi, sehingga akan berpengaruh kepada nilai modulus

elastisitasnya. Suhu rata-rata tahunan kota Rembang adalah 23°C dengan suhu

maksimum adalah 33°C (sumber :

http://regionalinvestment.bkpm.go.id/newsipid/id/displayprofil.php?ia=3317,

diakses tanggal 1 September 2012).

F. BISAR

Penelitian ini menggunakan software yang telah didesain berdasarkan

Nottingham Design Method yang berupa program BISAR 3.0. Program BISAR

dalam penelitian ini digunakan untuk mengestimasi nilai regangan akibat fatigue

(6)

subgrade. Program ini menghitung stress, strain dan displacement pada tiap posisi

pada multi layer system.

G. Beban Gandar Standar

Beban sumbu kendaraan yang akan digunakan dalam analisis perhitungan

adalah beban sumbu standar seberat 8,16 ton. Untuk input beban pada BISAR,

digunakan beban pada satu roda sehingga nilai beban yang dimasukkan adalah

sebesar 8,16 ton : 4 = 2,04 ton.

H. Desain Temperatur

a. Untuk kriteria deformasi permanen

Temperature design = 1,47 T

b. Untuk kriteria fatigue (retak lelah)

Temperature design = 1,92 T

dengan: T = Suhu rata-rata tahunan (˚C)

I. Stiffnes Bitumen

Sb = 1,157 x 10-7 x t -0.368 x 2,718–PIr (SPr– Td)5

dengan : Sb = kekakuan bitumen; t = waktu pembebanan (detik)

PIr = recovered penetration index

SPr = recoveredsoftening point; Td = suhu desain (°C)

J. Kekakuan Campuran Elastik

Sme = Sb

– –

dengan: n = 0,83 log

Sb = kekakuan bitumen

VMA = Voids in Mineral Aggregate (%)

K. Kekakuan Material Berbutir

Sifat elastis dari tanah dasar bisa diukur secara garis besar dengan nilai

California Bearing Ratio (CBR) maupun indeks plastisitas (PI) dari tanah dasar

dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

Ss = 10.CBR

(7)

dengan: Ss = Elastic stiffness pada tanah dasar (MPa)

CBR = California Bearing Ratio (%)

PI = Indeks plastisitas (%)

L. Kekakuan Lapis Pondasi

Untuk menghitung kekakuan lapis pondasi bawah digunakan nomogram

variasi koefisien kekakuan relatif lapis pondasi granular dari Departemen

Permukiman dan Sarana Prasarana Wilayah Tahun 2002.

M. Prediksi Umur Pelayanan

Rumus (Brown S. F. dan Brunton J.M.,1984) yang dapat digunakan untuk

menghitung umur pelayanan pada kriteria retak lelah :

Log N = 15,8 log εt– k –(5,13 log εt– 14,39) log VB–(8,63 log εt– 24,2) log SPi

Sedangkan untuk kriteria deformasi permanen umur pelayanan dapat

dihitung dengan rumus (Brown S. F. dan Brunton J.M.,1984) sebagai berikut :

N = fr

dengan : N = umur pelayanan (MSA); εt =asphalt mix tensile strain

k = 46,82 untuk kondisi kritis; k = 46,06 untuk kegagalan

VB = volume of binder (%); SPr = initial softening point (ºC)

N. Angka Ekivalen Beban Gandar Sumbu Kendaraan (E)

Untuk menghitung angka ekivalen dari golongan kendaraan diatas,

digunakan rumus (Departemen Pekerjaan Umum, 2005) sebagai berikut :

Angka ekivalen sumbu tunggal roda tunggal =

Angka ekivalen sumbu tunggal roda ganda =

Angka ekivalen sumbu dual roda ganda =

Angka ekivalen sumbu triple roda ganda =

O. Beban Lalu Lintas

(8)

-dengan : Wt = N = Jumlah gandar standar kumulatif (MSA)

W18 = Beban gandar standar kumulatif selama 1 tahun

g = Pertumbuhan lalu lintas (%)

n = Umur Pelayanan (tahun).

Besarnya nilai W18 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

(Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah, 2002) di bawah ini.

w18 = DD x DL x 365 x LHR x E

dengan: w18 = Beban gandar standar kumulatif selama 1 tahun

DD = Faktor distribusi arah

DL = Faktor distribusi lajur

LHR = Lalu lintas harian rata-rata (kendaraan/hari)

E = Angka ekivalen beban gandar sumbu kendaraan

Dari rumus di atas dapat diperoleh nilai umur pelayanan dalam satuan

tahun dengan menggunakan fitur goal seek pada program Microsoft Office Excel.

METODE PENELITIAN

Jalan yang diteliti merupakan ruas jalan Rembang – Bulu (STA 0+000 –

STA 1+300), STA 0+000 di mulai dari titik Bundaran Kota Rembang Jawa

Tengah.

A.Tahap I

Tahapan ini adalah mengolah data-data primer dan sekunder yang telah

diperoleh untuk mendapatkan nilai kekakuan masing masing lapis perkerasan.

Terutama adalah mendapatkan nilai kekakuan pada lapis beraspal sebagai tujuan

pertama,yaitu mencari pengaruh suhu terhadap struktur perkerasan.

B.Tahap II

Menganalisis nilai regangan akibat fatigue di bawah lapis permukaan ( εt )

dan nilai regangan tekan akibat deformasi pada subgrade ( εz ) sebagai output

dengan menggunakan bantuan program BISAR 3.0. untuk kemudian digunakan

(9)

kedua, yaitu untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap umur pelayanan jalan

Rembang - Bulu.

C.Tahap III

Menganalisis nilai regangan akibat fatigue di bawah lapis permukaan ( εt )

dan nilai regangan tekan akibat deformasi pada subgrade ( εz ) sebagai output

dengan menggunakan bantuan program BISAR 3.0. untuk kemudian digunakan

untuk menghitung umur pelayanan (N) sehingga tercapai tujuan penelitian yang

kedua, yaitu untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap umur pelayanan jalan

Rembang - Bulu.

ANALISA PEMBAHASAN

Analisa perhitungan dengan menggunakan Nottingham Design Method

dapat dilihat pada Tabel dibawah ini.

No Uraian Perhitungan Hasil Perhitungan Satuan

1.

a. Untuk kondisi fatigue

b. Untuk kondisi deformasi

Lama Pembebanan (t)

Kekakuan Tanah Dasar (SS)

Kekakuan Lapis Granuler (Sg)

a. Lapis Pondasi Bawah

b. Lapis Pondasi Atas

Recovered Penetration Index (PIr)

a. Lapis Perkerasan AC-Base Modified

b. Lapis Perkerasan AC-BC Modified

c. Lapis Perkerasan AC-WC Modified

Softening Point (SPr)

Kekakuan Bitumen (Sb)

(10)

8.

1) Kondisi Fatigue

2) Kondisi Deformasi

1) Kondisi Fatigue

Kekakuan Campuran Elastik (Sme)

1) Kondisi Fatigue

golongan kendaraan adalah sebagai berikut:

Jumlah (LHR x E) = 13329,601 SAL/hari

Besarnya nilai umur pelayanan dalam satuan Million Single Axles

untuk suhu udara rata rata tahunan dapat dihitung sebagai berikut.

a. Kondisi fatigue (εt)

Besaranya nilai umur pelayanan dalam satuan tahun dapat dihitung

sebagai berikut :

N = w18 . - = (LHR . E . DD . DL . 365) .

(11)

-Dengan menggunakan fitur goalseek di program MS Excel, didapat

nilai umur pelayanan = 0,199 tahun.

b. Kondisi deformasi (εz)

fr = 1,00

εz = 213,3 Micro Strain

N = fr = 1,00 = 14541991,98 SA

Besaranya nilai umur pelayanan dalam satuan tahun dapat dihitung

sebagai berikut :

N = w18 . - = (LHR . E . DD . DL . 365) .

-14541991,98 = (13329,601. 0,5 . 0,9 . 365) x

-Dengan menggunakan fitur Goalseek di program MS Excel, didapat nilai umur

pelayanan = 2,979 tahun, yang selanjutnya disajikan di table di bawah ini :

Tabel II. Hasil Perhitungan Umur Pelayanan untuk Kriteria Fatigue (n)

No Temperatur

(°C)

Kriteria Fatigue

ɛt

(µStrain) k

SPi

(°C) VB

N (Single

Axle) n (tahun)

1 24 302,5 46,06 55,25 11,056 543655,003 0,2535

2 26 321,9 46,06 55,25 11,056 408708,799 0,1919

3 28 331,8 46,06 55,25 11,056 355656,597 0,1662

4 30 336,3 46,06 55,25 11,056 334331,445 0,1563

5 31 336,5 46,06 55,25 11,056 333420,336 0,1559

Tabel III. Hasil Perhitungan Umur Pelayanan untuk Kriteria Deformasi (n)

No Temperatur (°C) Kriteria Deformasi

ɛz (µStrain) fr N (Single Axle) n (tahun)

1 24 245,7 1 8777581,005 3,7145

2 26 256,2 1 7559512,283 3,2422

3 28 271,7 1 6129446,314 2,6726

4 30 276,7 1 5743128,805 2,5144

5 31 287,2 1 5028087,418 2,216

Untuk hasil perhitungan nilai kekakuan campuran aspal, disajikan

(12)

Tabel IV. Hasil Perhitungan Kekakuan Campuran Aspal Kriteria Fatigue

Tabel V. Hasil Perhitungan Kekakuan Campuran Aspal Kriteria Deformasi

No Temperatur (°C) Sb Sme

Gambar I. Hubungan Antara Suhu dengan Kekakuan Campuran Aspal pada

Kriteria Fatigue

AC-WC y = 35517e-0,17x

R² = 0,993

AC-BASE y = 28859e-0,18x

R² = 0,990 AC-BC y = 31865e-0,18x

(13)

Gambar II. Hubungan Antara Suhu dengan Kekakuan Campuran Aspal pada

Kriteria Deformasi

Gambar III. Hubungan Antara Suhu dengan Umur Pelayanan Jalan pada Kriteria

(14)

Gambar IV. Hubungan Antara Suhu dengan Umur Pelayanan Jalan pada Kriteria

Deformasi

KESIMPULAN DAN SARAN

A.KESIMPULAN

1. Ketika suhu semakin meningkat, akan berpengaruh terhadap kekuatan lapis

perkerasan, dalam hal ini adalah nilai kekakuan campuran aspal (Sme), ketika

suhu naik maka nilai kekakuan campuran aspal secara umum akan menurun.

Untuk kriteria fatigue, pada lapis AC-WC diperoleh persamaan eksponensial

y = 35517e-0,17x dengan x sebagai suhu dan y sebagai nilai kekakuan

campuran aspal dan R-squared value sebesar 0,993, pada lapis AC-BC

diperoleh persamaan eksponensial y = 31865e-0,18x dengan x sebagai suhu dan

y sebagai nilai kekakuan campuran aspal dan R-Squared value sebesar 0,990,

pada lapis AC-BASE diperoleh persamaan eksponensial y = 28859e-0,18x

dengan x sebagai suhu dan y sebagai nilai kekakuan campuran aspal dan

R-squared value sebesar 0,990. Pada kriteria deformasi, pada lapis AC-WC

diperoleh persamaan eksponensial y = 10695e-0,17x dengan x sebagai suhu dan

y sebagai nilai kekakuan campuran aspal dan R-squared value sebesar 0,957,

pada lapis AC-BC diperoleh persamaan eksponensial y = 36497e-0,14x dengan

x sebagai suhu dan y sebagai nilai kekakuan campuran aspal dan R-squared

(15)

y = 28859e-0,18x dengan x sebagai suhu dan y sebagai nilai kekakuan

campuran aspal dan R-squared value sebesar 0,990.

2. Suhu mempengaruhi umur pelayanan jalan. Ketika suhu semakin meningkat,

umur pelayanan jalan akan menurun. Untuk kriteria fatigue diperoleh

persamaan polinomial eksponensial y = 1,163e-0,06x dengan x sebagai suhu

dan y sebagai umur pelayanan dan R-squared value sebesar 0,876. Sedangkan

untuk kondisi deformasi diperoleh persamaan eksponensial y = 20,3e-0,07x

dengan x sebagai suhu dan y sebagai umur pelayanan dan R-squared value

sebesar 0,978.

B. _SARAN

Saran yang dapat diberikan dengan mencermati hasil penelitian ini adalah :

1. Penelitian perlu dikembangkan dengan lokasi penelitian yang lebih

variatif.

2. Penelitian perlu dikembangkan dengan menggunakan metode selain

Nottingham Desin Method.

3. Masih perlu dilakukan survey nilai suhu di lokasi yang akan diteliti, agar

data nilai suhu lebih valid.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2001. Pedoman Penyusun Laporan Kerja Praktek, Usulan Tugas Akhir

dan Laporan Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sipil Universitas

Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.

Brown, S.F. and Brunton, J.M.,1984. An Introduction to The Analitical Design of

Bituminous Pavements (3rd Edition), Inggris.

Brown, S.F., 1997. Achievements and Challenges in Asphalt Pavement

Engineering, University of Nottingham, United Kingdom.

Departemen Pekerjaan Umum, 2005. Perencanaan Tebal Lapis Tambah

Perkerasan Lentur dengan Metode Lendutan, Pusat Penelitian

dan Pengembangan Prasarana Transportasi, Jakarta.

Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah , 2002. Pedoman Perencanaan

(16)

Hardiyatmo, H.C., 2007. Pemeliharaan Jalan Raya – Perkerasan – Drainase –

Longsoran, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.

Hardiani, P.H., 2008. Kajian Perkerasan Jalan, FT Universitas Indonesia, Jakarta.

Kementrian Pekerjaan Umum, 2008. PAKET 11 – PERENCANAAN

TEKNIK JALAN DAN JEMBATAN, Direktorat Jenderal Bina Marga,

Semarang.

Kosasih, Djunaedi, Catatan Kuliah SI-473 Perancangan Perkerasan dan Bahan,

Departemen Teknik Sipil ITB.

Kosasih, Djunaedi, 2008. Proses Desain Struktur Perkerasan Lentur yang

Memperhitungkan Variasi Modulus Perkerasan Akibat Pengaruh

Temperatur, Jurnal Dinamika Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil

dan Lingkungan, ITB, Bandung.

Kosasih, Djunaedi dkk., 2001. Modulus Resilient Tanah Dasar dalam Desain

Struktur Perkerasan Lentur Secara Analitis, Makalah Simposium,

Universitas Udayana, Bali.

Riwibowo, Nola, 2012. Pengaruh Suhu Perkerasan Terhadap Umur Pelayanan

Jalan dengan Menggunakan Metode Analitis (Studi Kasus Jalan

Tol Semarang), Tugas Akhir, Universitas Muhammadiyah

Surakarta, Surakarta.

Riyanto, A. 1996. Diktat Kuliah Jalan Raya II, Universitas Muhammadiyah

Surakarta, Surakarta.