ANALISA KOEFISIEN GRIP ANTARA BAN
DAN PERMUKAAN JALAN
TESIS
OLEH
MUHAMMAD NUH HUDAWI PASARIBU
137015001
MAGISTER TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISA KOEFISIEN GRIP ANTARA BAN
DAN PERMUKAAN JALAN
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Dalam Program Studi Magister Teknik Mesin
Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
MUHAMMAD NUH HUDAWI PASARIBU
137015001
MAGISTER TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Judul Penelitian : ANALISA KOEFISIEN GRIP ANTARA BAN DAN PERMUKAAN JALAN
Nama Mahasiswa : MUHAMMAD NUH HUDAWI PASARIBU
Nomor Pokok : 137015001
Program Studi : Magister Teknik Mesin
Menyetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Muhammad Sabri, MT
(Ketua) (Anggota)
Dr. Eng. Ir. Indra, MT
Ketua Program Studi, Dekan,
Telah diuji pada
Tanggal: 31 Maret 2017
PANITIA PENGUJIAN TESIS
Ketua : Dr. Ir. Muhammad Sabri, MT
Anggota : 1. Dr. Eng. Ir. Indra, MT
2. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME
3. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D
ABSTRAK
Ban/Tapak ban menjadi satu-satunya komponen pada kendaraan yang bersentuhan langsung dengan permukaan jalan (aspal dan beton). Maka perannya penting dan turut menentukan keamanan, kenyamanan, kestabilitas kendaraan terhadap jalan dan untuk meningkatkan percepatan serta mempermudah pergerakan. Tapak ban sangat mempengaruhi daya cengkram/koefisien grip antara ban dan permukaan jalan. Koefisien grip ban dipengaruhi oleh tekanan udara ban (Pban), kekasaran permukaan
jalan (IRI) dan kelendutan permukaan jalan (dL). Untuk menganalisa koefisien grip, penelitian ini menggunakan ban Radial (Bridgestone) 195/70R14, pola ban Rib-lug simetris dengan variasi Pban 28 psi, 30 psi, 32 psi, 34 psi dan 36 psi. Dari hasil
penelitian µk =ƒ(IRI), dapat disimpulkan bahwa setiap kenaikan kecepatan (V) akan terjadi penurunan koefisien gesek kinetis (µk), koefisien gesek kinetis maksimum pada permukaan jalan aspal yaitu 0,173 dengan Pban 36 psi dan koefisien gesek
maksimum pada pemukaan jalan beton yaitu 0,212 dengan Pban 36 psi. Penelitian µk
= ƒ (dL) dapat disimpulkan bahwa setiap kenaikan kecepatan kendaraan (V) akan terjadi peningkatan koefisien gesek kinetis (µk), koefisien gesek kinetis maksimum pada permukaan jalan aspal yaitu 0,447 dengan tekanan udara ban 28 psi dan koefisien gesek kinetis maksimum pada permukaan jalan beton yaitu 0, 455 dengan tekanan udara ban 28 psi. Untuk penggunaan Pban yang aman saat melintas di
permukaan jalan aspal dan permukaan jalan beton adalah 36 psi.
ABSTRACT
Tire/tire tread becomes one of the components in vehicle which comes in contact with the road (asphalt and concrete). Therefore, it plays a very important role in determining safety, comfort, and stability of a vehicle against the road, in increasing acceleration, and in making it easier for movement. Tire tread highly influences coefficient of grip between a tire and the road surface. Coefficient of grip of a tire is influenced by its pressurization (Ptire), the roughness of road surface (IRI), and the slack of road surface (dL). In order to analyze the coefficient of grip, the research used Radial tires (Bridgestone) of 95/70R14, tire pattern of symmetrical Rib-lug with the variation of Ptire 20 psi, 30 psi, 34 psi, and 36 psi. The result of the study on μk =
∫(IRI), showed that in each increase in speed (V), there was the decrease in coefficient of kinetic friction (μk). The maximum coefficient of kinetic friction on asphalt road surface was 0.173 with Ptire of 36 psi and the maximum coefficient of kinetic friction on concrete road surface was 0.212 with Ptire of 36 psi. The result of
∫(dL) showed that in each increase in speed (V) there is the increase in the coefficient
of kinetic friction (μk); the maximum coefficient kinetic friction on the asphalt road
surface was 0.447 with the tire pressurization of 28 psi and the coefficient of kinetic friction on concrete road surface was 0.455 with tire pressurization of 28 psi. The safe use of Ptire in traveling on asphalt and concrete road surfaces was 36 psi.
Keywords: Tire, Coefficient of Grip, Asphalt Road, Concrete Road, Coefficient of
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Data Pribadi
Nama : Muhammad Nuh Hudawi Pasaribu
Tempat & Tgl. Lahir : Medan, 20 November 1974
Alamat Kantor : Politeknik Tanjungbalai Jl. Sei Raja Tanjungbalai Alamat Domisili : Jl Sei Padang Gg. Tebu No. 10 Tebing Tinggi
1997 – 1999 : Teknik Mesin (D3) Politeknik Negeri Medan
2002 – 2005 : Teknik Mesin Ekstention (S1) Universitas Sumatera Utara (USU) Medan
Tugas Akhir : Penelitian Sifat Mekanis Profil Aluminium Tipe 6061, 6063 dan 6063 High Strenghth Dengan Bermacam Unsur Paduan 2013 – 2017 : Magister Teknik Mesin (S2) Universitas Sumatera Utara (USU) medan
Thesis : Analisa Koefisien Grip Antara Ban Dan Permukaan Jalan
Training
1995 : Training Perawatan & Perbaikan Mesin Hemodialisa di RS. RA. HABIBIE Bandung
1998 : Training Perawatan & Perbaikan Mesin Pesawat Terbang di PT. SMAC Medan
2012 : Training Industri Perawatan dan Perbaikan
di PT. ASTRA INTERNATIONAL Toyota Sales Operation Auto 2000 Jl. SM. Raja No. 8 Medan
2012 : Training Preventive & Predictive Maintenance di PT. Mairodi Mandiri Sejahtera Bandung
Pengalaman Kerja
1993 - 1996 : Teknisi Mesin Hemodialisa di RS. Malahayati Medan 1996 - 1998 : Teknisi Mesin Hemodialisa di RS. Haji Medan
1998 - 1999 : Teknisi Mesin Hemodialisa di RS. Khusus Ginjal Dan Hipertensi RASYIDA Medan.
2001- 2010 : Maintenance Engineering Mesin Dan Listrik di PT. Central Windu Sejati Medan
2010 – Now : Dosen Teknik Mesin di Politeknik Tanjung Balai
Seminar
2016 : Seminar Nasional Dies Natalis USU ke 64 di Medan Sebagai Pembicara dengan Judul Analisa Koefisien Gesek Kinetis Terhadap Struktur Permukaan Jalan Akibat Beban Dinamik Mobil.
2016 : Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin Ke 15 ITB
(SNTTM XV) di Bandung Sebagai Pembicara dengan Judul Analisa Interaksi Beban Dinamik Mobil Terhadap Karakter Struktur Permukaan Jalan
Demikianlah Informasi tentang Daftar Riwayat Hidup saya.
Medan, April 2017 Hormat saya,
DAFTAR ISI
2.6.2. Material permukaan jalan perkerasan beton... 33
mobil Toyota Kijang 2.4 D GLX dengan
tekanan udara ban 34 psi... 108 4.5.7.2. Perhitungan koefisien grip terhadap permukaan
jalan beton AH. Nasution Medan menggunakan mobil Toyota Kijang 2.4 D GLX dengan
tekanan udara ban 34 psi ... 108
4.5.8. Pengujian koefisien grip terhadap permukaan jalan aspal dan permukaan jalan beton AH. Nasution Medan menggunakan mobil Toyota Kijang 2.4 D GLX 2003
dengan tekanan udara ban 36 psi ... 113 4.5.8.1. Perhitungan koefisien grip terhadap permukaan
jalan aspal AH. Nasution Medan menggunakan mobil Toyota Kijang 2.4 D GLX dengan
tekanan udara ban 36 psi... 4.5.8.2. Perhitungan koefisien grip terhadap permukaan
jalan aspal AH. Nasution Medan menggunakan mobil Toyota Kijang 2.4 D GLX dengan
tekanan udara ban 36 psi ...
5 KESIMPULAN DAN SARAN... 126
5.1. Kesimpulan... 126 5.2. Saran ... 127
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
114
DAFTAR TABEL
Nomor Judul
Halaman
2.1 Parameter kekasaran permukaan jalan……….… 11
2.2 Kondisi ketidakrataan tekstur permukaan aspal Jl. AH. Nasution Medan tanggal 14 September 2013……… 12
2.3 Kekesatan / Koefisien gesek kinetis permukaan jalan ... 29
3.1 Parameter design eksperimental... 36
3.2 Parameter alat ukur eksperimen ... 37
3.3 Pendukung kegiatan penelitian ... 38
4.1 Material jalan aspal tahun 2014 AC-WC (Asphalt Concrete Wearing Course) Jl. AH. Nasution Medan ……….…... 58
4.2 Material jalan aspal tahun 2014 AC-BC (Asphalt Concrete Binder Cource) Jl. AH. Nasution Medan……….…... 59
4.3 Material jalan aspal pekerjaan tahun 2014 AC-BASE Jl. AH. Nasution Medan ……….…… 60
4.4 Material jalan beton pekerjaan tahun 2014 Jl. AH. Nasution Medan ………..… 61
4.5 Faktor air semen jalan beton pekerjaan tahun 2014 Jl. AH. Nasution Medan ………. 61
4.6 Faktor air bebas (kg/cm²) jalan beton pekerjaan tahun 2014 Jl. AH. Nasution Medan ………. 62
4.7 Hasil IRI permukaan jalan aspal pekerjaan tahun 2014... 62
4.9 Hasil kelendutan permukaan jalan (dL) aspal tahun 2014
AH. Nasution Medan ... 66
4.10 Hasil kelendutan permukaan jalan beton tahun 2014
AH. Nasution Medan ... 67
4.11 Data mobil Toyota Kijang 2.4 D GLX 2003………... 69
4.12 Hasil kelendutan ban terhadap permukaan jalan aspal
dan permukaan jalan beton ... 70
4.13 Data hasil pengukuran luas tapak ban (Atb)
disebabkan tekanan udara ban... 71
4.14. Luas kontak tapak ban terhadap kekasaran permukaan jalan aspal (Akba) dengan tekanan udara ban 28 psi
menggunakan software image-J ... 72
4.15 Hasil luas total kontak tapak ban terhadap kekasaran permukaan jalan aspal dengan tekanan udara ban 28 psi,
30 psi, 32 psi, 34 psi, 36 psi menggunakan software image-J ... 73
4.16. Luas kontak tapak ban terhadap kekasaran permukaan jalan beton (Akbb) dengan tekanan udara ban 28 psi
menggunakan software image-J ... 74
4.17 Hasil luas total kontak tapak ban terhadap kekasaran permukaan jalan beton dengan tekanan udara ban 28 psi, 30 psi, 32 psi,
34 psi, 36 psi menggunakan software image-J... 74
4.18 Data hasil ∆t secara eksperimen terhadap permukaan jalan aspal dan permukaan jalan beton dengan tekanan
udara ban 28 psi ……….………..… 76
4.19 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan
aspal dengan tekanan udara ban 28 psi ……….… 79
4.20 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan
4.21 Data hasil ∆t secara eksperimen terhadap permukaan jalan
aspal dan permukaan jalan beton dengan tekanan udara ban 30 psi .. 85
4.22 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan aspal
dengan tekanan udara ban 30 psi ………... 89
4.23 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan beton
dengan tekanan udara ban 30 psi ……….….. 92
4.24 Data hasil ∆t secara eksperimen terhadap permukaan jalan
aspal dan permukaan jalan beton dengan tekanan udara ban 32 psi .. 95
4.25 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan aspal
dengan tekanan udara ban 32 psi ………... 98
4.26 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan beton
dengan tekanan udara ban 32 psi ……… 102
4.27 Data hasil ∆t secara eksperimen terhadap permukaan jalan
aspal dan permukaan jalan beton dengan tekanan udara ban 34 psi… 104
4.28 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan aspal
dengan tekanan udara ban 34 psi ……….… 107
4.29 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan beton
dengan tekanan udara ban 34 psi ……….. 111
4.30 Data hasil ∆t secara eksperimen terhadap permukaan jalan aspal
dan permukaan jalan beton dengan tekanan udara ban 36 psi ……… 113
4.31 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan aspal
dengan tekanan udara ban 36 psi………..…. 117
4.32 Data hasil koefisien grip terhadap permukaan jalan beton
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
1.1 Peta jalan AH. Nasution Medan
sebagai tempat penelitian koefisien grip ………….…….………….. 3
2.1 Pola dasar tapak ban (a) Pola Rib, (b) Pola Lug, (c) Pola Rib-Lug, (d)Pola Blok ……….. 8
2.2 Standar pola tapak ban (a) Simetris, (b) Asimetris, (c) Directional.. 9
2.3 Profil kekasaran permukaan jalan... 10
2.4 Contoh grafik hasil survey IRI Bina Marga Balai Besar Pelaksanaan Jalan Nasional I Medan Jl. AH. NAsution Tahun 2013……….… 11
2.5 Grafik hubungan IRI, kecepatan dan jenis permukaan jalan ………. 13
2.6 Komponen gaya pada ban ……….…. 17
2.7 Gaya pada ban ... 20
2.8 Gaya normal ... 21
2.9 Diagram gaya yang terjadi pada rotasi ban kendaraan……….... 21
2.10 Tidak ada gerakan, Fs = F ……….. 23
2.11 Gerak dengan percepatan, Ff < F ………..… 23
2.12 Gerak tanpa percepatan, Ff = F ……… 23
2.13 Gerak menggelinding pada bidang datar ………..…. 25
2.15 Dari hasil penelitian hubungan antara koefisien gesek
dengan kecepatan... 28
2.16 Susunan lapis perkerasan jalan aspal………... 31
2.17 Susunan lapis perkerasan kaku………..….. 32
2.18 Kerangka konsep penelitian………...….. 34
3.1 Parameter design eksperiment………. 35
3.2 Susunan lapis perkerasan jalan aspal pekerjaan tahun 2014 AH. Nasution Medan ………... 39
3.3 Susunan lapis perkerasan jalan beton pekerjaan tahun 2014 AH. Nasution Medan ………... 40
3.4 Peneliti dan perlengkapan alat uji IRI ... . 41
3.5 Alat uji FWD milik Bina Marga Balai Besar Pelaksanaan Jalan Nasional I Medan ... 42
3.6 Trailer FWD... 42
3.7 Alat ukur (a) Timer dan Spidometer, (b) Alat tekanan udara ban, (c) Meteran... 43
3.8 Pengukuran lebar kontak ban menggunakan software image-J …….. 43
3.9 Persiapan penelitian kekasaran, IRI permukaan jalan AH. Nasution Medan (a) Alat ukur kekasaran (b) Peneliti (c) Pegawai (d) Kantor KPU-DJBM-BBPJN-I (e) Mobil Xenia 2015 ... 45
3.10 Penyiapan alat ………. 45
3.11 Kalibrasi sensor ……….. 45
3.12 Pengukuran horizontal sensor ………. 46
3.14 Pemasangan sensor sumbu roda belakang ……….…. 46
3.15 Pemasangan sensor ……….……….. 46
3.16 Pemasangan baut penghubung ... 47
3.17 Pemasangan sensor jarak ... 47
3.18 Pemasangan tongkat indikator ... 47
3.19 Pengukuran kelendutan jl. AH. Nasution Medan ... 48
3. 20 Uji kelendutan jalan ... 49
3.21 Alat ukur (a) Mobil Toyota Kijang 2.4 D GLX 2003 (b) Tekanan angin ban (c) Meteran (d) Mistar (e) Waterpass (f) Siku ... 51
3.22 Pola rib lub simetris (a) Pola Rib-Lug Simetris (b) Ukur kedalam alur ... 51
3.23 Mengukur kelendutan ban terhadap permukaan jalan akibat tekanan udara ban ………..…. 52
3.24 Mengukur dimensi dan kedalaman tread ban ... 53
3. 25 Hasil luas kontak permukaan jalan terhadap pola tapak ban ... 54
3.26 Analisa luas kontak permukaan jalan terhadap pola tapak ban menggunaka software image-J ... 54
3.27 Membuat garis horizontal ………... 55
3.28 Menampilkan aplikasi bolt ……….…. 55
3.29 Hasil pengukuran luas kontak permukaan jalan terhadap pola tapak ban ………..… 55
3.31 Hasil perhitungan Akb terhadap permukaan jalan aspal (a) 28 psi (b) 30 psi (c) 32 psi (d) 34 psi (e) 36 psi dengan
menggunakan softwate image-J……….…... 56
3.32 Hasil luas kontak ban (Akb) terhadap permukaan jalan
beton (a) 28 psi (b) 30 psi (c) 34 psi (d) 32 psi (e) 36 psi ………...…. 56
3.33 Hasil perhitungan Akb terhadap permukaan jalan beton (a) 28 psi (b) 30 psi (c) 32 psi (d) 34 psi (e) 36 psi dengan
menggunakan software image-J ……….….. 57
3.34 Mengukur ∆t ... 57
4.1 Hubungan antara SecID dengan kekasaran permukaan
jalan aspal pekerjaan tahun 2014 ... 63
4.2 Hubungan antara SecID dengan kekasaran permukaan
jalan beton pekerjaan tahun 2014... 65
4.3 Hubungan stationID dengan kelendutan permukaan jalan
aspal pekerjaan tahun 2014... 67
4.4 Hubungan stationID dengan kelendutan permukaan jalan
4.25 Perbandingan µkjb = ƒ(IRI) dengan µkjb =ƒ(dL) pada
permukaan jalan beton dengan tekanan udara ban 36 psi …………. 121
4.26 Perbandingan µkja = ƒ(IRI) dengan µkjb =ƒ(IRI) pada
permukaan jalan aspal dan permukaan jalan beton ……….. 122
4.27 Perbandingan µkja = ƒ(dL) dengan µkjb =ƒ(dL) pada
permukaan jalan aspal dan permukaan jalan beton……… 122
4.28 Perbandingan µkja = ƒ(IRI) dengan variasi tekanan udara 28 psi,
30 psi, 32 psi, 34 psi dan 36 psi pada permukaan jalan aspal….….. 123
4.29 Perbandingan µkja = ƒ(dL) dengan variasi tekanan udara 28 psi,
30 psi, 32 psi, 34 psi dan 36 psi pada permukaan jalan aspal……... 124
4.30 Perbandingan µkjb = ƒ(IRI) dengan variasi tekanan udara 28 psi,
30 psi, 32 psi, 34 psi dan 36 psi pada permukaan jalan beton…….. 124
4.31 Perbandingan µkjb = ƒ(dL) dengan variasi tekanan udara 28 psi,
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Judul Halaman
Lampiran 1 Hasil Luas Kontak Ban (Akba) terhadap permukaan
jalan aspal dengan tekanan udara 28 psi ……….. 130
Lampiran 2 Hasil Luas Kontak Ban (Akba) terhadap permukaan
jalan aspal dengan tekanan udara 30 psi ………..…132
Lampiran 3 Hasil Luas Kontak Ban (Akba) terhadap permukaan
jalan aspal dengan tekanan udara 32 psi ………..…134
Lampiran 4 Hasil Luas Kontak Ban (Akba) terhadap permukaan
jalan aspal dengan tekanan udara 34 psi ………..…136
Lampiran 5 Hasil Luas Kontak Ban (Akba) terhadap permukaan
jalan aspal dengan tekanan udara 36 psi ………..…138
Lampiran 6 Hasil Luas Kontak Ban (Akbb) terhadap permukaan
jalan beton dengan tekanan udara 28 psi ……….…140
Lampiran 7 Hasil Luas Kontak Ban (Akbb) terhadap permukaan
jalan beton dengan tekanan udara 30 psi ……….…141
Lampiran 8 Hasil Luas Kontak Ban (Akbb) terhadap permukaan
jalan beton dengan tekanan udara 32 psi ……….…142
Lampiran 9 Hasil Luas Kontak Ban (Akbb) terhadap permukaan
jalan beton dengan tekanan udara 34 psi ……….…143
Lampiran 10 Hasil Luas Kontak Ban (Akbb) terhadap permukaan
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
a Percepatan m/dt²
A Luas permukaan mm²
Akb Luas kontak ban mm²
Akbja Luas permukaan kontak ban pada jalan aspal mm²
Akbjb Luas permukaan kontak ban pada jalan beton mm²
Atb Luas tapak ban mm²
Atba Luas tapak ban pada permukaan jalan aspal mm²
Atbb Luas tapak ban pada permukaan jalan beton mm²
B Pola tapak ban
Ca Faktor pengaruh muka air tanah (factor musim)
Dban Diameter ban mm
dban Defleksi pada ban mm
dL Lendutan langsung mm
dLja Lendutan langsung pada jalan aspal mm
dLjb Lendutan langsung pada jalan beton mm
F Gaya N
Ff Gaya gesek N
Fja Gaya pada permukaan jalan aspal N
Fjb Gaya pada permukaan jalan betonj N
Fk Gaya gesek kinetis N
Fs Gaya statis N
FKb-FWD Faktor koreksi beban uji FWD Ton
Ft Faktor penyesuaian lendutan terhadap temperature standar °C
g Gravitasi m/dt²
HL Tebal lapis beraspal cm
I Momen inersia kgm²
Ija Momen inersia pada jalan aspal kgm²
IRI Internasional roughnes index yaitu kekasaran permukaan jalan mm
JAD Jarak antar deflektor mm
k Koefisien
K Kekakuan permukaan jalan N/mm
Kja Kekakuan pada permukaan jalan aspal N/mm
Kjb Kekakuan pada permukaan jalan beton N/mm
m Massa kg
l Lebar mm
N Gaya normal N
P Berat beban plat kN
p Panjang mm
Pban Tekanan udara ban psi
Pbanja Tekanan udara ban pada permukaan jalan aspal psi
Pbanjb Tekanan psi
R Jari-jari mm
Rbanjb Jari-jari ban pada permukaan jalan beton mm
S Jarak km
T Temperatur °C
t Interval waktu dt
Tb Temperatur bawah lapis beraspal °C
TJB Tinggi Jatuh Beban mm
TL Temperatur lapis beraspal °C
Tp Temperatur permukaan lapis beraspal °C
Tt Temperatur tengah lapis beraspal °C
V Kecepatan km/jam
Vi Kecepatan awal km/jam
Vf Kecepatan akhir km/jam
VFB Void filled with bitumen %
VIM Air void content %
VMA Mold in mix agregat %
ƒ Fungsi
µ Koefisien gesek
µja Koefisien gesek pada permukaan jalan aspal
µjb Koefisein gesek pada permukaan jalan beton
µk Koefisien gesek kinetis
α Percepatan sudut rad/dt²
∆V Perubahan kecepatan km/jam
