ANALISIS PENGARUH KECEPATAN KENDARAAN TERHADAPUMUR RENCANA PERKERASAN JALAN DENGAN METODE Analisis Pengaruh Kecepatan Kendaraan Terhadap Umur Rencana Perkerasan Jalan Dengan Metode Analitis (Studi Kasus Jalan Tol Semarang).

(1)

ANALISIS PENGARUH KECEPATAN KENDARAAN TERHADAP UMUR RENCANA PERKERASAN JALAN DENGAN METODE

ANALITIS

(STUDI KASUS JALAN TOL SEMARANG) Naskah Publikasi Ilmiah

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

Diajukan oleh :

HIMAWAN KRESNA PREMANA NIM : D 100 070 008

NIRM : 07 6 106 03010 50008

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

ANALISIS PENG UMUR RENCA (STU

Diaju

Pembimbing P

(H. Muslich Hartadi S NIK. 815

LEMBAR PENGESAHAN

NGARUH KECEPATAN KENDARAAN TE CANA PERKERASAN JALAN DENGAN M

ANALITIS

TUDI KASUS JALAN TOL SEMARANG)

Tugas Akhir

ajukan dan dipertahankan pada Ujian Pendadaran Tugas Akhir di hadapan Dewan Penguji

Pada Tanggal: …………..

diajukan oleh : Himawan Kresna Premana

NIM : D 100 070 008 NIRM : 07 6 106 03010 50008

Susunan Dewan Penguji

Pertama Pembimbi

di ST, M.T., Ph.D) (Senja Rum Ha NIK. 795 Dewan Penguji

(Ir. Agus Riyanto SR, MT.) NIK. 483

TERHADAP METODE )

an

bing Kedua

(3)

ANALISIS PENGARUH KECEPATAN KENDARAAN TERHADAP UMUR RENCANA PERKERASAN JALAN DENGAN METODE

ANALITIS

(STUDI KASUS JALAN TOL SEMARANG) Himawan Kresna Premana (d 100 070 008)

Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

ABSTRAKSI

Dalam merencanakan perkerasan jalan harus memenuhi beberapa faktor, salah satunya yaitu loading time yang dipengaruhi oleh kecepatan. Material aspal yang bersifat viscoelastic menjadikan karakteristik lapisan beraspal sangat sensitif terhadap lama pembebanan. Oleh karena itu, pengetahuan mengenai nilai kekakuan (stiffness) dan hubungannya dengan kecepatan kendaraan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap perubahan umur rencana jalan perlu dikembangkan.

Data yang digunakan dalam penelitian Tugas Akhir ini adalah data sekunder yang diperoleh dari Dinas Jasa Marga Jawa Tengah. Data-data tersebut adalah kecepatan rata-rata dari kendaraan, suhu udara rata-rata tahunan, lalu lintas harian rata-rata, tebal, jenis dan karakteristik material perkerasan, dan sebagainya. Data tersebut kemudian diolah menjadi data masukan dalam analisis menggunakan

Nottingham Design Method untuk mencari nilai yang dibutuhkan sebagai input ke

Program Bisar 3.0. kemudian menganalisis stress dan strain yang dipakai untuk menghitung besarnya umur rencana perkerasan jalan.

Berdasarkan hasil perhitungan dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi kecepatan kendaraan yang melewati suatu jalan, maka umur pelayanannya (N) semakin lama, pada kondisi fatigue cracking (retak lelah) maupun deformasi permanen dapat dikatakan bahwa semakin tinggi kecepatan, maka daya rusak yang ditimbulkan terhadap jalan tersebut akan lebih rendah sehingga kemampuan jalan untuk melayani lalu lintas akan semakin lama. Untuk hubungan kecepatan kendaraan dengan umur perkerasan jalan, dapat dirumuskan sebagai berikut,

Fatigue kritis : y = 1,824ln(x) + 122,3; Fatigue gagal : y = 1,826ln(x) + 158,2;

(4)

PENDAHULUAN

Ketersediaan ruas jalan raya yang nyaman merupakan suatu hal yang mutlak dipenuhi, maka dalam perencanaan dan pelaksanaannya harus mempertimbangkan beberapa faktor. Salah satunya adalah faktor loading time yaitu lama waktu pembebanan yang dipengaruhi oleh kecepatan kendaraan. Karena perkerasan jalan bersifat viscoelastis maka loading time yang tinggi akan menyebabkan regangan yang terjadi menjadi besar dan mengakibatkan berkurangnya nilai stiffness lapis perkerasan jalan, dan hal ini juga akan berpengaruh pada umur rencana jalan. Oleh karena itu, pengetahuan mengenai loading time dan hubungannya dengan kecepatan kendaraan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap umur rencana jalan perlu dikembangkan.

Penelitian ini mempunyai tujuan menganalisis pengaruh kecepatan kendaraan terhadap kinerja struktur perkerasan jalan dengan metode analitis menggunakan alat bantu program Bisar dan juga mengembangkan hubungan antara kecepatan kendaraan dan umur rencana jalan.

LANDASAN TEORI A. Konsep Metode Analitis

Prinsip utama dari metode analitis adalah mengasumsikan perkerasan jalan menjadi suatu struktur “multi-layer (elastic) structure” untuk perkerasan lentur dan suatu struktur “beam on elastic foundation” untuk perkerasan kaku. Akibat beban kendaraan yang bekerja di atasnya, yang dalam hal ini dianggap sebagai beban statis merata, maka akan timbul tegangan (stress) dan regangan (strain) pada struktur tersebut. Lokasi tempat bekerjanya tegangan/regangan maksimum akan menjadi kriteria perancangan tebal struktur perkerasan. Sehingga dapat dikatakan bahwa filosofi pendekatan analitis dari desain perkerasan adalah mengasumsikan struktur perkerasan seperti struktur teknik sipil yang lain.

B. BISAR (Bitumen Stress Analysis in Roads)

Penelitian ini menggunakan software BISAR (Bitumen Stress Analysis in

Road) 3.0 produk Shell untuk menganalisis stress, strain dan displacement pada

(5)

pada area yang berbentuk lingkaran. Pengaruh dari pembebanan tersebut akan dihitung dan resultan dari beban tersebut akan digunakan untuk penghitungan angka stress dan strain. Pada penghitungan ini, tiap lapisan mempunyai ketebalan yang beragam akan merespon pembebanan tersebut sesuai dengan karakteristiknya masing-masing. Untuk setiap lapis perkerasan data ketebalan, modulus elastisitas, angka poisson ratio harus diketahui terlebih dahulu.

C. Rumus-Rumus Yang Digunakan 1. Beban gandar standar

Beban standar merupakan beban sumbu tunggal beroda ganda seberat 18.000 pon (8,16 ton). Semua beban kendaraan lain dengan sumbu berbeda diekivalenkan ke beban sumbu standar dengan menggunakan angka ekivalen beban sumbu ( Sukirman, 1993 ).

2. Kekakuan tanah dasar (E3= Ss)

Nilai kekakuan tanah dasar dapat dikorelasikan secara kasar dengan nilai CBR (California Bearing Ratio) maupun nilai IP (Index Plastisitas) tanah dasar dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Ss= 10 x CBR

Ss= 70–IP

Dimana Ss= kekakuan tanah dasar (MPa)

3. Kekakuan lapis pondasi atas (CTB)

Nilai kekakuan CTB (Cement Treated Base) dapat diketahui dengan membuat grafik hubungan kuat tekan & modulus lapis pondasi bersemen berdasarkan nomograph Bina Marga 2002, sehingga didapatkan persamaan linier sebagai berikut:

y = 0.005x + 4.02

dengan, y = modulus stiffness (E) lapis pondasi bersemen (Psi) x = kuat tekan 7 hari lapis pondasi bersemen (Psi) 4. Temperatur desain

Secara umum temperatur desain dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

(6)

Temperatur desain = 1,92 T

b). Untuk kriteria deformasi permanen Temperatur desain = 1,47 T

Dengan T = suhu udara rerata tahunan (°C) 5. Kekakuan bitumen (Sb)

Persamaan berikut diturunkan oleh Ullidtz dapat digunakan untuk menghitung kekakuan bitumen pada sebuah kondisi yang terbatas tapi praktis. Sb= 1,157 x 10-7x t-0.368x 2,718–PIr(SPr–T)5

Dengan :

Sb = kekakuan bitumen

t = waktu pembebanan (detik)

PIr = recovered penetration index

SPr = recovered softening point

T = temperatur Desain (°C) Waktu pembebanan dapat ditentukan dengan persamaan berikut : log t = 5 x 10-4h–0,2 - 0,94 log v

Dengan :

t = waktu pembebanan (detik) h = ketebalan lapisan (mm)

v = kecepatan kenderaan (km/jam)

Recovered Penetration Index dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

PI = _,, ,_,

Recovered Softening Point (SPr) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

SP = 98,4 26,35 x log (0,65 x P)

Dimana Pi= penetrasi aspal awal (0.1 mm)

6. Kekakuan campuran aspal

Dalam analisis perkerasan, jika nilai yang diukur tak tersedia maka kekakuan campuran elastik (Sme) dapat dihitung dari kekakuan aspal (Sb)..

Persamaan yang sesuai adalah sebagai berikut : Sme = Sb

1 +

,

(7)

Dengan :

Sme = kekakuan campuran elastik

(MPa)

Sb = kekakuan bitumen (MPa)

Cv= konsentrasi volume agregat (%)

VA= volume of aggregate (%)

VB= volume of binder (%)

Untuk kepadatan dengan volume rongga lebih besar dari 3% digunakan rumus sebagai berikut :

Cv’ =

( , . , )

Dengan :

Cv’ = modifikasi konsentrasi volume agregat (%)

VIM = voids in mix/volume rongga udara dalam campuran (%) 7. Prediksi Umur Rencana (N)

Akhir suatu umur rencana perkerasan dapat ditandai dengan adanya salah satu kondisi yang berupa "kegagalan" atau "kondisi kritis". Kegagalan menyiratkan bahwa perkerasan sudah tidak lagi layak untuk digunakan. Keadaan ini ditandai dengan adanya rutting sedalam 20 mm atau keretakan yang luas akibat jejak roda. Sehingga pada rute tersebut perlu diberi lapis tambahan atau direkonstruksi. Sedangkan kondisi kritis dapat digambarkan dengan adanya

rutting sedalam 10 mm atau awal dari terjadinya retak jejak roda. Kondisi kritis

merupakan awal kemunduran struktural yang dapat semakin cepat terjadi. Berikut rumus yang dapat digunakan untuk menghitung umur pelayanan pada kriteria retak lelah :

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

Dengan :

N = umur pelayanan

ε t = asphalt mix tensile strain

k = konstanta retak lelah

k = 46,82 untuk kondisi kritis k = 46,06 untuk kegagalan VB = volume of binder

SPr = recovered softening point

Sedangkan pada kriteria deformasi permanen untuk menghitung umur pelayanan dapat digunakan rumus sebagai berikut :

(8)

N = fr ,

,

b). Untuk kegagalan N = fr ,

Dengan :

N = umur pelayanan

ε t = asphalt mix vertical strain

fr = rut factor

Berikut besarnya nilai rut factor untuk beberapa tipe material :

Hot rolled asphalt : 1,00

Dense bitumen macadam : 1,56

Modified rolled asphalt : 1,37

Modified dense bitumen macadam : 1,52

8. Faktor Ekivalen Beban Gandar Sumbu Kendaraan (E)

Konfigurasi sumbu kendaraan merupakan salah satu faktor penting untuk menentukan faktor ekivalen sumbu kendaraan (E). Beban sumbu dan konfigurasi beban kendaraan dapat dilihat pada tabel 1. di bawah ini.

Tabel 1 Konfigurasi beban sumbu kendaraan.

Jenis Golongan Konfigurasi Roda Kendaraan Keterangan

I + DINAS 3 + 5 T

Sedan, Jeep, Pick Up, Bus, Angkutan Umum

II 5 + 8 T Truck 2 Gandar

III 6 + 7 . 7 T Truck 3 Gandar

IV 5 + 7 + 7 . 7 T Truck 4 Gandar

V 6 + 7 . 7 + 5 . 5 T Truck 5 Gandar

Menurut Pd T-05-2005-B, faktor ekivalen tiap beban gandar (E) dirumuskan sebagai berikut:

1. Sumbu tunggal roda tunggal

(9)

2. Sumbu tunggal roda ganda

ESTRG = _,

3. Sumbu ganda roda ganda

ESDRG = _,

9. Beban Gandar Kendaraan

Beban lalu lintas dinyatakan dalam lintas ekivalen gandar standar (W18).

Prosedur untuk menentukan lintas ekivalen gandar standar (W18) digunakan

persamaan sebagai berikut. w18= DDx DLx LHR x E

dengan:

w18= Beban gandar standar

kumulatif

DD= Faktor distribusi arah

DL= Faktor distribusi lajur

E = Angka ekivalen beban gandar sumbu kendaraan

Pada umumnya faktor distribusi arah (DD) di ambil 50% atau 0,5.

Sedangkan faktor distribusi lajur (DL) dapat dilihat pada Tabel 2 berikut:

Tabel 2. Faktor Distribusi Lajur (DL).

Jumlah lajur per arah

% beban gandar standar dalam lajur rencana

1 100

2 80-100

3 60-80

4 50-75

Sumber: Pt T-01-2002-B

Dalam perencanaan tebal perkerasan menurut metode Bina Marga (Pt T 01-2002-B), lalu lintas yang digunakan yaitu lalu lintas kumulatif selama umur rencana dengan cara mengalikan beban gandar kumulatif pada lajur rencana (w18) dengan pertumbuhan lalu lintas (traffic growth). Secara

(10)

Wt = (1+ ) 1 dengan :

Wt = N = Jumlah gandar standar kumulatif (MSA)

w18 = Beban gandar standar kumulatif selama 1 tahun

g = Pertumbuhan lalu lintas (%) n = Umur Pelayanan (tahun)

METODE PENELITIAN

Data yang digunakan dalam penelitian Tugas Akhir ini adalah data sekunder. Data sekunder atau data yang didapat tidak langsung diperoleh dari instansi terkait yaitu Dinas Jasa Marga Jawa Tengah.

Data tersebut kemudian diolah menjadi data siap pakai, data yang sudah diolah kemudian menjadi data masukan dalam analisis selanjutnya. Data-data tersebut adalah sebagai berikut :

1. Suhu udara rata-rata tahunan. 2. Kecepatan rata-rata dari kendaraan. 3. Lalu lintas harian rata-rata.

4. Tebal, jenis dan karakteristik material perkerasan. 5. Banyaknya lapisan perkerasan.

6. Nilai CBR (California Bearing Ratio) material berbutir.

7. Nilai IP (Index Plastisitas) atau CBR (California Bearing Ratio) tanah dasar. ANALISA DAN PERHITUNGAN

Tabel 3. Data LHR Tahunan Jalan Tol Semarang Seksi A Tahun 2011

Jenis Golongan Total Kendaraan Satuan

I + DINAS 947.422 kendaraan/tahun/2 arah

II 256.061 kendaraan/tahun/2 arah

III 50.274 kendaraan/tahun/2 arah

IV 20.794 kendaraan/tahun/2 arah

(11)

Menghitung faktor ekivalen masing-masing kendaraan:

- Golongan I+DINAS (3+5)T = 0,09526+0,73503 = 0,83029 - Golongan II (5+8) = 0,73503+0,92385 = 1,65888 - Golongan III (6+7.7) = 1,52416+1,07161 = 2,59577 - Golongan IV (5+7+7.7) = 0,73503+0,54154+1,07161 = 2,34819 - Golongan V (6+7.7+5.5) = 1,52416+ 1,0716 +0,27859 = 2,87472

Perhitungan kumulatif beban gandar standar (w18) per hari adalah sebagai berikut.

w18 = 3860,06 gandar/hari/2 arah

- w18per hari = w18 x DDx DL

= 3860,06 x 0,5 x 1

= 1930 gandar standar/hari/arah

Jadi terdapat 1930 gandar standard yang membebani jalan tol Semarang seksi A per hari satu arah.

Analisa perhitungan dengan menggunakan Nottingham Design Method dapat dilihat pada Tabel 4 dibawah ini.Tabel 4. Rekapitulasi Hasil Analisis Perhitungan Angka Kekakuan

No T

T desain

V T

Retak Lelah (Fatigue Cracking)

retak

1 27 51.84 39.69 30 0.0258 0.10 4.65 364.827 464.080

2 27 51.84 39.69 40 0.0197 0.15 4.50 476.555 602.377

3 27 51.84 39.69 58.75 0.0137 0.20 4.40 574.872 723.364

4 27 51.84 39.69 70 0.0116 0.23 4.35 629.330 790.137

(12)

lanjutan

Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa

1 _0.50 _4.07 _{1032.654 1280.466} _9900.3 _126.6 ₁₅₉

2 0.60 4.00 1157.718 1431.297 9900.3 126.6 159

3 0.90 3.86 1488.655 1828.259 9900.3 126.6 159

4 0.93 3.85 1518.969 1864.482 9900.3 126.6 159

5 _0.95 _3.84 _{1538.948 1888.342} 9900.3 126.6 159

Tabel 5. Rekapitulasi Hasil Perhitungan Umur Pelayanan dalam MSA

No kecepatan

Kritis Gagal Kritis Gagal

1 30 7439.07 42807.37 292.55 1940.39

2 40 7678.73 44186.46 299.86 1987.14

3 58.75 7911.07 45523.43 318.51 2106.23

4 70 8030.49 46210.65 320.07 2116.20

5 80 8117.16 46709.37 321.42 2124.80

Tabel 6. Rekapitulasi Hasil Perhitungan Umur Pelayanan dalam Tahun

kondisi

Kecepatan _N _g _w18 _tahun W18

km/jam MSA Gandar_standar /tahun

s 30 7439 0.05 704450 128.53 7439

40 7679 0.05 704450 129.18 7679 58.75 7911 0.05 704450 129.79 7911 70 8030 0.05 704450 130.10 8030 80 8117 0.05 704450 130.31 8117

F

at

igue

G

aga

l 30 42807 0.05 704450 164.37 42807

(13)

D

s ₃₀ ₂₉₃ _0.05 ₇₀₄₄₅₀ _63.13 ₂₉₃

40 300 0.05 704450 63.62 300 58.75 319 0.05 704450 64.80 319 70 320 0.05 704450 64.89 320 80 321 0.05 704450 64.98 321

D

l ₃₀ ₁₉₄₀ _0.05 ₇₀₄₄₅₀ _101.10 ₁₉₄₀

40 1987 0.05 704450 101.58 1987 58.75 2106 0.05 704450 102.77 2106 70 2116 0.05 704450 102.86 2116 80 2125 0.05 704450 102.94 2125 Pembahasan

Dari hasil analisis yang ditunjukkan oleh Tabel 6 diperoleh hubungan antara kecepatan dengan umur pelayanan jalan seperti Grafikberikut,

Grafik V.1. Hubungan Antara Kecepatan Kendaraan dengan Umur Pelayanan (N) Jalan ( Kondisi Fatigue Kritis ).

Grafik V.2. Hubungan Antara Kecepatan Kendaraan dengan Umur Pelayanan (N) Jalan ( Kondisi Fatigue gagal ).

(14)

Grafik V.3. Hubungan Antara Kecepatan Kendaraan dengan Umur Pelayanan (N) Jalan ( Kondisi Deformasi Kritis ).

Grafik V.4. Hubungan Antara Kecepatan Kendaraan dengan Umur Pelayanan (N) Jalan ( Kondisi Deformasi Gagal ).

Dari grafik di atas sangat jelas bahwa semakin tinggi kecepatan kendaraan yang melewati suatu jalan, maka umur pelayanannya (N) semakin lama, pada kondisi fatigue cracking (retak lelah) maupun deformasi permanen dapat dikatakan bahwa semakin tinggi kecepatan, maka daya rusak yang ditimbulkan terhadap jalan tersebut akan lebih rendah sehingga kemampuan jalan untuk melayani lalu lintas akan semakin lama. Hal ini terkait dengan sifat viscoelastis aspal yang dimana semakin kecil kecepatan (loading time tinggi) menyebabkan regangan yang terjadi menjadi besar dan mengakibatkan berkurangnya nilai

stiffness lapis perkerasan jalan.

KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan

(15)

1. Kecepatan mempunyai pengaruh terhadap umur perkerasan, semakin tinggi kecepatan maka umur perkerasan juga semakin tinggi.

2. Untuk hubungan kecepatan kendaraan dengan umur perkerasan jalan, dapat dirumuskan sebagai berikut

a. Fatigue kritis : y = 1,784ln(x) + 122,5 b. Fatigue gagal : y = 1,787ln(x) + 158,3 c. Deformasi kritis : y = 2,047ln(x) + 56,17 d. Deformasi gagal : y = 2,051ln(x) + 94,12

Dimana y adalah umur pelayanan jalan dan x adalah kecepatan kendaraan. B. Saran

1. Perlu pemahaman lebih lanjut tentang program BISAR, agar tidak terjadi kesulitan atau kesalahan dalam penelitian penelitian berikutnya.

2. Dalam penelitian dengan metode Nottingham Design Methods, sebaiknya didukung dengan metode-metode yang ada di Indonesia.

3. Perlu kecermatan dalan membaca Nomograph Van Der Poel.

4. Selain kecepatan, perlu adanya pengembangan variasi analisis untuk menyusun laporan selanjutnya, yaitu variasi beban kendaraan dan juga suhu DAFTAR PUSTAKA

______, 2001, Pedoman Penyusun Laporan Kerja Praktek, Usulan Tugas Akhir

dan Laporan Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta

Brown et al.,1977, Nottingham Design Method, Inggris

DepartemenPekerjaanUmum, 2005, Pedoman Perencanaan Tebal Lapis Tambah

Perkerasan Lentur dengan Metoda Lendutan, No.Pd T-05-2002-B,

Dep.PU, Jakarta

Hikmat Iskandar, 2008, Jurnal Perencanaan Volume Lalu-lintas Untuk Angkutan Jalan.

Kementrian Pekerjaan Umum, 2008, PAKET 11_–PERENCANAAN TEKNIK JALAN DAN JEMBATAN, Direktorat Jenderal Bina Marga, Semarang

Pardosi, R, 2010, Studi Pengaruh Beban Belebih (overload) Terhadap

Pengurangan Umur Rencana Perkerasan Jalan. Tugas Akhir. Universitas

Sumatera Utara.

Peraturan Pemerintah No.43 (1993), Tentang Prasarana dan Lalu-Lintas Jalan.