BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Validasi Program Suatu program dapat digunakan jika program tersebut mempunyai dasar perhitungan manual. Program KENPAVE merupakan program yang didasari pada metode sistem lapis banyak. Peninjauan validasi program dilakukan dengan cara membandingkan hasil perhitungan manual dengan hasil perhitungan program KENPAVE.
4.1.1 Analisis Sistem Lapis Banyak Dengan Cara Manual Perhitungan tegangan dan regangan yang terjadi pada lapis perkerasan jalan dengan data sebagai berikut: Contact Pressure
: 828 kPa
Contact Radius
: 12.222 cm
Tabel 4.1 Data Lapis Perkerasan Lapis 1 2 3
E (kPa) 2.800.000 140.000 70.000
μ 0.5 0.5 0.5
Langkah - langkah perhitungan manual adalah sebagai berikut: a. Menentukan nilai K1, K2, a, dan H.
K1 =
E1 2800000 = =20 E2 140000
53
Tebal (cm) 15.24 15.24
54
K2 = a
12.192
2
15.24
a1 = h =
E2 1400000 = =2 E3 70000
=0.8 H=
h1 15.24 = =1 h2 15.24
Tabel 4.2 Nilai K1, K2, a dan H. K1 K2 a H
20 2 0.8 1
a. Menentukan nilai tegangan dan regangan. Berdasarkan tabel nilai ZZ1, ZZ2, ZZ1-RR1 dan ZZ2-RR2 yang terdapat pada lampiran dari nilai – nilai di atas akan didapat nilai lain yang digunakan dalam perhitungan yaitu nilai ZZ1, ZZ2, ZZ1-RR1 dan ZZ2-RR2. Tabel 4.3 Nilai ZZ1, ZZ2, ZZ1-RR1 dan ZZ2-RR2 ZZ1 ZZ2 0.12173 0.05938
ZZ1 - RR1 1.97428
ZZ2 - RR2 0.09268
b. Menentukan nilai tegangan dan regangan. Menentukan nilai tegangan dan regangan menggunakan persamaan 2.15, maka didapatkan hasil seperti di bawah ini. Tabel 4.4 Nilai Tegangan dan Regangan Lapisan 1 bawah atas 2 bawah 3 atas
Tegangan (σ) kPa Vertikal Radial 100.79 -1533.91 100.79 19.06 49.17 -27.57 49.17 10.80
Regangan(ε) Vertikal Radial 0.000584 0.000292 0.000584 0.000292 0.000548 0.000274 0.000548 0.000274
55
4.1.2 Perhitungan Program KENPAVE Perhitungan dengan menggunakan program KENPAVE dengan contoh kasus seperti di atas: a. Masuk ke menu utama program KENPAVE, pilih LAYERINP. b. Pada LAYERINP isi menu-menu sesuai dengan data yang ada. Pada menu File pilih New.
Gambar 4.1 LAYERINP c. Pada menu General isi nilai-nilai sesuai dengan data-data yang ada seperti gambar di bawah ini.
Gambar 4.2 Menu General
56
d. Pada menu Zcoord, Layer, Moduli dan Load masing-masing diinput dengan nilai dan kondisi sesuai dengan data yang ada, sehingga pada akhirnya didapatkan hasil dari nilai regangan dan tegangan. Hasil akhir dari program ini adalah sebagai berikut: INPUT FILE NAME -H:\Skripsi Multilayer\KENPAVE software\Validasi Program.DAT NUMBER OF PROBLEMS TO BE SOLVED = 1 TITLE -Validasi Program MATL = 1 FOR LINEAR ELASTIC LAYERED SYSTEM NDAMA = 0, SO DAMAGE ANALYSIS WILL NOT BE PERFORMED NUMBER OF PERIODS PER YEAR (NPY) = 1 NUMBER OF LOAD GROUPS (NLG) = 1 TOLERANCE FOR INTEGRATION (DEL) -- = 0 NUMBER OF LAYERS (NL)------------- = 3 NUMBER OF Z COORDINATES (NZ)------ = 2 LIMIT OF INTEGRATION CYCLES (ICL)- = 80 COMPUTING CODE (NSTD)------------- = 9 SYSTEM OF UNITS (NUNIT)------------= 1 Length and displacement in cm, stress and modulus in kPa unit weight in kN/m^3, and temperature in C THICKNESSES OF LAYERS (TH) ARE : 15.24 15.24 POISSON'S RATIOS OF LAYERS (PR) ARE : 0.5 0.5 0.5 VERTICAL COORDINATES OF POINTS (ZC) ARE: 15.24 30.48 ALL INTERFACES ARE FULLY BONDED FOR PERIOD NO. 1 LAYER NO. AND MODULUS ARE : 1.400E+05 3 7.000E+04
1
2.800E+06
2
LOAD GROUP NO. 1 HAS 1 CONTACT AREA CONTACT RADIUS (CR)--------------- = 12.222 CONTACT PRESSURE (CP)------------- = 828 RADIAL COORDINATES OF 1 POINT(S) (RC) ARE : 0 PERIOD NO. 1 LOAD GROUP NO. 1 RADIAL COOR.
VERTICAL VERTICAL VERTICAL RADIAL TANGENTIAL SHEAR COOR. DISPLACEMENT STRESS STRESS STRESS STRESS (STRAIN) (STRAIN) (STRAIN) (STRAIN)
0.00000 15.24000 (STRAIN) 0.00000 30.48000 (STRAIN)
0.05205 0.04403
100.793 -1533.930 -1533.930 0.000 5.838E-04 -2.919E-04 -2.919E-04 .000E+00 49.166 -27.568 -27.568 0.000 5.481E-04 -2.741E-04 -2.741E-04 .000E+00
57
4.1.3 Perbandingan Cara Manual dengan Program KENPAVE Dengan contoh perhitungan data di atas hasil yang diperoleh antara cara manual dengan program KENPAVE menunjukan perbedaan yang kecil, perhitungan program dapat dikatakan akurat dimana hanya terdapat beberapa perbedaan pembulatan. Sehingga dapat disimpulkan program KENPAVE dapat digunakan untuk perhitungan sistem lapis banyak. Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Manual dan Program KENPAVE Nilai Tegangan dan Regangan
Lapisan 1 (bawah)
Lapisan 2 (bawah)
4.2
Nilai Tegangan (kPa) Nilai Regangan Nilai Tegangan (kPa) Nilai Regangan
Perhitungan manual
Program KENPAVE
100.792 -1533.911 0.000584 -0.000296 49.167 -27.572 0.000548 -0.000274
100.793 -1553.930 0.000584 -0.000292 49.166 -27.568 0.000548 -0.000274
Vertikal Radial Vertikal Radial Vertikal Radial Vertikal Radial
Persentase hasil manual dan program 0.001 % 1.29 % 0.00 % 1.35 % 0.002 % 0.01 % 0.00 % 0.00 %
Perencanaan Tebal Perkerasan dengan Metode Bina Marga dan Program KENPAVE
4.2.1 Perencanaan Tebal Perkerasan dengan Metode Bina Marga Data – data yang digunakan dalam perencanaan tebal perkerasan dengan metode Bina Marga ini mengambil data studi kasus lalu lintas Tol Cipularang Tahun 2005, dengan data – data sebagai berikut: Fungsi jalan
: Jalan Tol
Jumlah lajur dan arah
:2
Umur rencana
: 20 tahun
58
CBR
:6%
Masa pelaksanaan
: 2 tahun
Tabel 4.6 Tabel Volume Lalu Lintas Jalan Tol Cipularang Tahun 2005 Jenis Kendaraan Sedan + pick up Truk / Bis kecil Truk / Bis sedang Truk / Bis besar Truk 3 -4 as Truk gandeng Semi trailer
Jumlah Kendaraan 5024 130 1784 2193 1129 313 557
Jalur dan distribusi kendaraan -
Jumlah jalur
: 2 jalur
-
Koefisien distribusi (C)
: 0.5
Faktor regional -
Kelandaian
: < 6%
-
Kendaraan berat
: >30 %
-
Iklim /curah hujan
: >900 mm/thn
Bahan konstruksi -
Lapis permukaan
: Laston (WC)
-
Lapis pondasi atas
: Laston pondasi
-
Lapis pondasi bawah
: Batu pecah kelas A
59
Langkah – langkah perencanaan tebal perkerasan dengan metode Bina Marga adalah sebagai berikut: a. Menghitung LHR awal umur rencana LHR = jumlah kendaraan (1+i)n
i = 5%
n = 2 tahun
Tabel 4.7 LHR Awal Umur Rencana Jenis Kendaraan Sedan + pick up Truk / Bis kecil Truk / Bis sedang Truk / Bis besar Truk 3 -4 as Truk gandeng Semi trailer
Jumlah Kendaraan 5024 130 1784 2193 1129 313 557
LHR awal 5538.96 143.33 1966.86 2417.78 1244.72 345.08 614.09
b. Menghitung LHR akhir tahun rencana LHR = jumlah kendaraan (1+i)n
i=7%
Tabel 4.8 LHR Akhir Umur Rencana Jenis Kendaraan Sedan + pick up Truk / Bis kecil Truk / Bis sedang Truk / Bis besar Truk 3 -4 as Truk gandeng Semi trailer
Jumlah Kendaraan 5538.96 143.33 1966.86 2417.78 1244.72 345.08 614.09
LHR akhir 21434.03 554.62 7611.13 9356.06 4816.68 1335.36 2376.34
n = 20 tahun
60
c. LEP awal umur rencana n
LEP =
LHR jxCj xEj j=1
Tabel 4.9 Lintas Ekivalen Permulaan Jenis Kendaraan Sedan + pick up Truk / Bis kecil Truk / Bis sedang Truk / Bis besar Truk 3 -4 as Truk gandeng Semi trailer LEP total
LHR awal 5538.96 143.33 1966.86 2417.78 1244.72 345.08 614.09
Koef. Distribusi Kendaraan 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
Konfigurasi Sumbu 0.0005 0.3006 0.2174 5.0264 2.7416 4.9283 6.1179
LEP 1.38 21.54 213.80 6076.37 1706.27 850.34 1878.48 10748.17
d. Menghitung LEA akhir umur rencana n
LHR(1+i)UR xCj xEj
LEA = j=1
Tabel 4.10 Lintas Ekivalen Akhir Jenis Kendaraan Sedan + pick up Truk / Bis kecil Truk / Bis sedang Truk / Bis besar Truk 3 -4 as Truk gandeng Semi trailer LEA total
LHR akhir 21434.03 554.62 7611.13 9356.06 4816.68 1335.36 2376.34
Koef. Distribusi Kendaraan 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
Konfigurasi Sumbu 0.0005 0.3006 0.2174 5.0264 2.7416 4.9283 6.1179
LEA 5.36 83.36 827.33 23513.64 6602.71 3290.53 7269.12 41592.04
61
e. Menghitung Lintas Ekivalen Tengah (LET) LET =
LEP+LEA 2
= 26170.108 f. Menghitung Lintas Ekivalen Rata-rata (LER) LER = LET x FP = 26170.108 x ( 20 / 10 ) = 52340 g. Menghitung DDT (Daya Dukung Tanah) dengan menggunakan monogram korelasi CBR – DDT.
Gambar 4.3 Korelasi CBR - DDT Berdasarkan Gambar 4.3 dengan data CBR tanah 6 % didapatkan nilai DDT sebesar 5.
62
h. Faktor Regional (FR) Berdasarkan Tabel 2.5 Faktor Regional, dengan data kelandaian < 6% persen kendaraan berat < 30% curah hujan > 900mm/thn, maka didapatkan nilai Faktor Regional ( FR ) = 1,5. i.
Menentukan Ipo dan Ipt Berdasarkan Tabel 2.7 , untuk LER >1000 dan fungsi jalan tol , maka didapatkan nilai IPt=2,5. Berdasarkan Tabel 2.6, untuk jenis permukaan aspal beton (Laston) maka didapatkan nilai > 4.
j.
Indeks Tebal Perkerasan Digunakan nomogram nomor 1 untuk menentukan ITP, dan nilai ITP adalah 15 (nilai maksimum). Menentukan tebal perkerasan berdasarkan jenis lapisan yang dipakai, maka didapatkan nilai koefisien kekuatan relative (a) dan tebal lapisan minimum (D). Tabel 4.11 Tebal Minimum Lapis Perkerasan Jenis Lapisan Lapis permukaan Laston (WC) Lapis pondasi atas Laston pondasi Lapis pondasi bawah Batu pecah kelas A
a 0.4 0.26 0.13
D(cm) 10 25 D3
Ada beberapa hal yang menjadi bahan pertimbangan dalam menentukan tebal masing – masing lapisan perkerasan, yaitu: - Lapisan permukaan pada umumnya bahan yang digunakan mahal, sehingga diusahakan untuk tebal lapisan permukaan digunakan tebal minimum.
63
- Lapisan pondasi atas relatif lebih murah sehingga penggunaan bahan untuk lapis ini lebih tebal. - Lapisan pondasi bawah menggunakan bahan yang lebih murah dari lapis pondasi atas, sehingga penggunaan tebal lapisan ini diusahakan mencapai maksimum. Dengan beberapa pertimbangan di atas, maka perlu dilakukan perhitungan ulang tebal lapisan untuk memaksimalkan penggunaan lapisan pondasi bawah. ITP
= a1D1 + a2D2 + a3D3
15
= (0.4 x 10) + (0.26 x 25) + (0.13 x D3)
D3max = 34.6 cm = 35 cm
Laston Laston pondasi
Batu pecah Kelas A
Tanah dasar
Gambar 4.4 Tebal Perkerasan Jalan Metode Bina Marga
4.2.2 Perencanaan Tebal Perkerasan dengan Program KENPAVE Langkah awal dalam perencanaan tebal perkerasan dengan program KENPAVE adalah dengan mengasumsikan tebal lapisan perkerasan kemudian menentukan jenis perkerasan dengan nilai modulus elastisitas dan poisson rasio serta beban yang terjadi pada permukaan perkerasan.
64
Asumsi tebal lapisan perkerasan berdasarkan tebal minimum lapis perkerasan sesuai dengan tabel 2.8. Tabel 4.12 Asumsi Tebal Lapis Perkerasan Program KENPAVE Lapis
E (kPa)
μ
Lapis permukaan Lapis pondasi atas Lapis pondasi bawah Tanah dasar
2800000 140000 280000 35000
0.35 0.35 0.3 0.5
Tebal minimum (cm) 10 25 35 ∞
Dari data perhitungan tabel 4.12 dengan menggunakan program KENPAVE maka diperoleh nilai regangan tarik di bawah lapis permukaan sebesar 0.000240 cm/cm dan nilai regangan tekan di bawah lapis pondasi
bawah sebesar
0.000088cm/cm. Menggunakan persamaan 2.22 dalam menentukan jumlah repetisi beban dengan analisa retak fatik akan diperoleh nilai Nf sebesar 202847. Jumlah repetisi beban kedua diperoleh dari analisa rutting dengan nilai Nd sebesar 1998774209. Kedua jumlah repetisi beban (Nf atau Nd) bernilai lebih besar dari Nrencana, sehingga dapat disimpulkan bahwa asumsi tebal perkerasan berdasarkan tebal minimum lapis perkerasan mampu menahan beban lalu lintas sesuai dengan rencana. Jumlah repetisi beban yang didapat dari asumsi tebal perkerasan di atas jauh lebih besar dari jumlah repetisi beban rencana. Dengan menggunakan cara yang sama,mengasumsikan tebal perkerasan dapat diperoleh nilai optimum jumlah repetisi beban yang mendekati nilai repetisi beban rencana, yaitu 52340.
65
Tabel 4.13 Asumsi Tebal Lapis Perkerasan Program KENPAVE Lapis
E (kPa)
μ
Lapis permukaan Lapis pondasi atas Lapis pondasi bawah Tanah dasar
2800000 140000 280000 35000
0.35 0.35 0.3 0.5
Tebal Nilai Optimum (cm) 6 15 20 ∞
Dengan menggunakan program KENPAVE diperoleh nilai regangan tarik di bawah lapis permukaan sebesar 0.000350 cm/cm dan nilai regangan tekan di bawah lapis pondasi bawah sebesar 0.000243 cm/cm. Menggunakan persamaan 2.22 dalam menentukan jumlah repetisi beban dengan analisa retak fatik akan diperoleh nilai Nf sebesar 58849. Jumlah repetisi beban kedua di peroleh dari analisa rutting dengan nilai Nd sebesar 20814898. Jumlah repetesi beban yang terkecil adalah nilai Nf = 58849, nilai ini juga mendekati nilai Nrencana sebesar 52340. Dari penelitian ini dapat dilihat bahwa perencanaan tebal perkerasan dengan program KENPAVE dengan mengambil asumsi tebal tiap lapis perkerasan berdasarkan tebal minimum lapisan, menghasilkan jumlah repetisi beban jauh lebih besar dari jumlah repetisi beban rencana sehingga struktur perkerasan tersebut mampu menahan beban lalu lintas sesuai rencana. Untuk mencari nilai optimum yang mendekati jumlah repetisi rencana dilakukan asumsi tebal tiap lapis perkerasan dengan cara memperkecil tebal tiap lapis hingga mendapatkan hasil yang mendekati jumlah repetisi beban rencana. dengan menggunakan asumsi tebal perkerasan tabel 4.13 didapatkan jumlah repetisi
66
beban yang mendekati repetisi beban rencana, namun tebal tiap lapis perkerasan tidak memenuhi nilai minimum tebal lapisan. 6 cm
Laston Laston pondasi
15 cm
Batu pecah Kelas A 20 cm
Tanah dasar
Gambar 4.5 Tebal Perkerasan Jalan dengan Program KENPAVE (nilai optimum)
Tabel 4.14 Tebal Perkerasan Jalan Metode Bina Marga dan Program KENPAVE Lapis Perkerasan Laston Laston pondasi Batu pecah kelas A
Metode Bina Marga 10 cm 25 cm 35 cm
Program KENPAVE Program KENPAVE (tebal minimum) (nilai optimum) 10 cm 6 cm 25 cm 15 cm 35 cm 20 cm
Hasil perencanaan tebal perkerasan dengan kedua metode memiliki perbedaan pada tebal lapis perkerasan hal ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, yaitu: a. Metode Bina Marga mempunyai penyesuaian kondisi alam dan lingkungan, sedangkan pada program KENPAVE belum memperhitungkan kondisi tersebut. b. Metode Bina Marga menyarankan agar lapisan perkerasan memenuhi persyaratan tebal minimum. c. Nilai modulus elastisitas yang diambil untuk masing – masing lapis perkerasan belum mencerminkan nilai yang sesuai.
67
4.3
Studi Parameter Studi Parameter yang dilakukan adalah parameter tebal lapisan dan nilai modulus elastisitas setiap lapis. Dari kedua parameter tersebut akan di analisa beberapa pengaruh yang terjadi, yaitu: a. Pengaruh penambahan tebal setiap lapis perkerasan terhadap tegangan pada lapis permukaan bagian bawah, regangan tarik di bawah lapis permukaan, regangan di bawah lapis permukaan dan repetisi beban berdasarkan analisa kerusakan fatik dan ruting b. Pengaruh penambahan nilai modulus elastisitas setiap lapis perkerasan terhadap tegangan pada lapis permukaan bagian bawah, regangan tarik di bawah lapis permukaan, regangan tekan di bawah lapis pondasi bawah, dan repetisi beban berdasarkan analisa kerusakan fatik dan ruting Berikut adalah data asumsi untuk analisa studi parameter: Contact pressure
: 539 kPa
Contact radius
: 22 cm
Poisson ratio
: 0.5
Tabel 4.15 Data Studi Parameter Lapis Perkerasan Permukaan Pondasi atas Pondasi bawah Tanah dasar
Modulus Elastisitas (kPa) 2800000 140000 70000 35000
Tebal Lapisan (cm) 10 15 45 ∞
68
4.3.1 Studi Parameter Pengaruh Tebal Lapisan Perkerasan Terhadap Nilai Regangan Tekan, Regangan Tarik dan Repetisi Beban Tebal lapisan yang dianalisa adalah lapisan permukaan, lapisan pondasi atas dan lapisan pondasi bawah. Dengan ketebalan awal lapis permukaan 10 cm, lapis pondasi atas 15 cm, lapis pondasi bawah 45 cm. Setiap lapis akan divariasikan ketebalannya sebagai berikut -15%, -10%, -5%, 0%, +5%, +10% dan +15%. Tabel 4.16 Tabel Penambahan Tebal Lapis Permukaan Penambahan tebal lapis permukaan Lapis permukaan Lapis pondasi atas Lapis pondasi bawah Tanah dasar
- 15 %
-10%
-5%
0%
+5%
+10%
+15%
8.5 cm 15 cm 45 cm ∞
9 cm 15 cm 45 cm ∞
9.5 cm 15 cm 45 cm ∞
10 cm 15 cm 45 cm ∞
10.5 cm 15 cm 45 cm ∞
11 cm 15 cm 45 cm ∞
11.5 cm 15 cm 45 cm ∞
Tabel 4.17 Tabel Penambahan Tebal Lapis Pondasi Atas Penambahan tebal lapis pondasi atas Lapis permukaan Lapis pondasi atas Lapis pondasi bawah Tanah dasar
- 15 %
-10%
-5%
0%
+5%
+10%
+15%
10 cm 12.75 cm 45 cm ∞
10 cm 13.5 cm 45 cm ∞
10 cm 14.25 cm 45 cm ∞
10 cm 15 cm 45 cm ∞
10 cm 15.75 cm 45 cm ∞
10 cm 16.5 cm 45 cm ∞
10 cm 17.25 cm 45 cm ∞
Tabel 4.18 Tabel Penambahan Tebal Lapis Pondasi Bawah Penambahan tebal lapis pondasi bawah Lapis permukaan Lapis pondasi atas Lapis pondasi ba wah Tanah dasar
- 15 %
-10%
-5%
0%
+5%
+10%
+15%
10 cm 15 cm 38.25 cm ∞
10 cm 15 cm 40.5 cm ∞
10 cm 15 cm 42.75 cm ∞
10 cm 15 cm 45 cm ∞
10 cm 15cm 47.25 cm ∞
10 cm 15cm 49.5 cm ∞
10 cm 15 cm 51.75 cm ∞
69
Dari data ketiga tabel di atas, dengan menggunakan program KENPAVE, hasil nilai tegangan bagian bawah lapis permukaan adalah sebagai berikut: Tabel 4.19 Hasil Nilai Tegangan di Bawah Lapis Permukaan Nilai Tegangan Akibat perubahan tebal lapis permukaan Akibat perubahan tebal lapis pondasi atas Akibat perubahan tebal lapis pondasi bawah
-15% 308.52
Penambahan tebal lapisan perkerasan -10% -5% 0% 5% 10%
289.648 272.203 256.005 240.982 227.165 214.393
249.658 251.826 253.943 256.005 258.006 259.942 261.813 254.702 255.186 255.618 256.005 256.351 256.662 256.942
350
Tegangan (kPa)
300 250 200 150 100
Akibat perubahan tebal lapis permukaan
50
Akibat perubahan tebal lapis pondasi atas
0 -15% -10% -5%
0%
5%
10% 15%
Akibat perubahan tebal lapis pondasi bawah
Penambahan Tebal Lapisan Perkerasan
Gambar 4.6 Hasil Nilai Tegangan di Bawah Lapis Permukaan Penambahan tebal lapis perkerasan memberikan pengaruh terhadap nilai tegangan. Jika ditinjau pada bagian bawah lapis permukaan, pengaruh perubahan tebal lapis permukaan sangat terlihat, semakin tebal lapis permukaan maka tegangan semakin kecil.
15%
70
Dari data ketiga tabel di atas, dengan menggunakan program KENPAVE, hasil nilai regangan tarik di bawah lapis permukaan adalah sebagai berikut: Tabel 4.20 Hasil Nilai Regangan Tarik di Bawah Lapis Permukaan Penambahan tebal lapisan perkerasan
Nilai Regangan Akibat perubahan tebal lapis permukaan Akibat perubahan tebal lapis pondasi atas Akibat perubahan tebal lapis pondasi bawah
-15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
0.000571
0.000559
0.000547
0.000533
0.000519
0.000505
0.000491
0.000546
0.000542
0.000537
0.000533
0.000530
0.000526
0.000523
0.000537
0.000536
0.000535
0.000533
0.000532
0.000532
0.000531
0.000580
Regangan Tarik (cm/cm)
0.000560
0.000540 0.000520 0.000500 0.000480 0.000460 0.000440 -15% -10% -5%
0%
5%
10% 15%
Penambahan Tebal Lapisan Perkerasan
Perubahan tebal lapis permukaan Perubahan tebal lapis pondasi atas Perubahan tebal lapis pondasi bawah
Gambar 4.7 Hasil Nilai Regangan Tarik di Bawah Lapis Permukaan Pada gambar 4.7 disajikan pengaruh tebal lapis perkerasan terhadap nilai regangan tarik pada bagian bawah lapis permukaan. Semakin tebal lapis perkerasan maka akan semakin kecil regangan tarik yang didapat dan perubahan tebal ini cukup berpengaruh terhadap perubahan nilai regangan tarik.
71
Dari data ketiga tabel di atas, dengan menggunakan program KENPAVE, hasil nilai regangan tekan di bawah lapis pondasi bawah adalah sebagai berikut: Tabel 4.21 Hasil Nilai Regangan Tekan di Bawah Lapis Pondasi Bawah Nilai Regangan Akibat perubahan tebal lapis permukaan Akibat perubahan tebal lapis pondasi atas Akibat perubahan tebal lapis pondasi bawah
Penambahan tebal lapisan perkerasan -15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
0.001096
0.001060
0.001024
0.000989
0.000956
0.000924
0.000893
0.001043
0.001025
0.001007
0.000989
0.000973
0.000956
0.000940
0.001119
0.001073
0.001030
0.000989
0.000951
0.000914
0.000879
Gambar 4.8 Hasil Nilai Regangan Tekan di Bawah Lapis Pondasi Bawah Pada gambar 4.8 disajikan pengaruh tebal lapis perkerasan terhadap nilai regangan tekan pada bagian bawah lapis pondasi bawah. Semakin tebal lapis perkerasan maka akan semakin kecil regangan tekan yang didapat dan perubahan tebal ini cukup berpengaruh terhadap perubahan nilai regangan tekan. Berdasarkan nilai regangan tarik di bawah lapis permukaan, dengan persamaan 2.22 akan diperoleh jumlah repetisi beban berdasarkan analisa kerusakan fatik dan persamaan 2.23 akan diperoleh jumlah repetisi beban berdasarkan analisa
72
kerusakan rutting. Jumlah repetisi beban pada perubahan ketiga lapisan perkerasan adalah sebagai berikut: Tabel 4.22 Repetisi Beban Berdasarkan Analisa Kerusakan Fatik dan Rutting Repetisi beban berdasarkan kerusakan fatik (Nf) Akibat perubahan tebal lapis permukaan Akibat perubahan tebal lapis pondasi atas Akibat perubahan tebal lapis pondasi bawah Repetisi beban berdasarkan kerusakan rittung (Nd) Akibat perubahan tebal lapis permukaan Akibat perubahan tebal lapis pondasi atas Akibat perubahan tebal lapis pondasi bawah
-15%
Penambahan tebal lapisan perkerasan -10% -5% 0% 5% 10%
15%
11727 12540 13508 14666 16028 17536 19236 13581 13948 14310 14666 15015 15366 15697 14336 14451 14567 14666 14757 14839 14922
24429 28369 33115 38624 45043 52535 61241 30498 32970 35692 38624 41721 45043 48601 22260 26862 32260 38624 46178 55078 65565
70000
Repetisi beban
60000 50000 Akibat perubahan tebal lapis permukaan berdasarkan kerusakan fatik Akibat perubahan tebal lapis pondasi atas berdasarkan kerusakan fatik
40000 30000
20000
Akibat perubahan tebal lapis pondasi bawah berdasarkan kerusakan fatik
10000 0 -15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
Akibat perubahan tebal lapis permukaan berdasarkan kerusakan rutting Akibat perubahan tebal lapis pondasi atas berdasarkan kerusakan rutting
Penambahan Tebal Lapisan Perkerasan
Gambar 4.9 Repetisi Beban Berdasarkan Analisa Kerusakan Fatik dan Rutting Repetisi beban sangat berhubungan dengan nilai regangan tarik pada bagian bawah lapis permukaan dan regangan tekan pada bagian bawah lapis pondasi bawah. Hubungan antara regangan dan jumlah repetisi beban adalah semakin kecil nilai regangan yang didapat maka akan semakin besar batas repetisi beban.
73
4.3.2 Studi Parameter Pengaruh Modulus Elastisitas Lapisan Perkerasan Terhadap Nilai Regangan Tekan, Regangan Tarik dan Repetisi Beban Nilai modulus elastisitas yang dianalisa adalah lapisan permukaan, lapisan pondasi atas dan lapisan pondasi bawah. Dengan nilai modulus elastisitas awal lapis permukaan 2800000 kPa, lapis pondasi atas 140000 kPa, lapis pondasi bawah 70000 kPa. Setiap lapis akan divariasikan ketebalannya sebagai berikut 15%, -10%, -5%, 0%, +5%, +10% dan +15%. Tabel 4.23 Penambahan Nilai Modulus Elastisitas Lapis Permukaan Penambahan nilai E lapis permukaan Lapis permukaan (103 kPa) Lapis pondasi atas (103 kPa) Lapis pondasi bawah (103 kPa) Tanah dasar (103 kPa)
- 15 %
-10%
-5%
0%
+5%
+10%
+15%
2380 140 70 35
2520 140 70 35
2660 140 70 35
2800 140 70 35
2940 140 70 35
3080 140 70 35
3220 140 70 35
Tabel 4.24 Penambahan Nilai Modulus Elastisitas Lapis Pondasi Atas Penambahan nilai E lapis pondasi atas Lapis permukaan (103 kPa) Lapis pondasi atas (103 kPa) Lapis pondasi bawah (103 kPa) Tanah dasar (103 kPa)
- 15 %
-10%
-5%
0%
+5%
+10%
+15%
2800 119 70 35
2800 126 70 35
2800 133 70 35
2800 140 70 35
2800 147 70 35
2800 154 70 35
2800 161 70 35
Tabel 4.25 Penambahan Nilai Modulus Elastisitas Lapis pondasi bawah Penambahan nilai E lapis pondasi bawah Lapis permukaan (103 kPa) Lapis pondasi atas (103 kPa) Lapis pondasi bawah (103 kPa) Tanah dasar (103 kPa)
- 15 %
-10%
-5%
0%
+5%
+10%
+15%
2800 140 59.5 35
2800 140 63 35
2800 140 66.5 35
2800 140 70 35
2800 140 73.5 35
2800 140 77 35
2800 140 80.5 35
74
Dari data ketiga tabel di atas, dengan menggunakan program KENPAVE, hasil nilai tegangan bagian bawah lapis permukaan adalah sebagai berikut: Tabel 4.26 Hasil Nilai Tegangan di Bawah Lapis Permukaan Nilai Tegangan Akibat perubahan nilai E lapis permukaan Akibat perubahan nilai E lapis pondasi atas Akibat perubahan nilai E lapis pondasi bawah
-15%
-10%
Penambahan nilai E lapis perkerasan -5% 0% 5% 10%
273.148 267.097 261.393 256.005 250.904 246.067 241.471 248.731 251.245 253.667 256.005 258.265 260.452
262.57
247.578 250.482 253.289 256.005 258.635 261.185
263.66
280 275 270
Tegangan (kPa)
15%
265 260 255 250 245 Akibat perubahan nilai E lapis permukaan
240 235
Akibat perubahan nilai E lapis pondasi atas
230 225 -15% -10% -5%
0%
5%
10% 15%
Akibat perubahan nilai E lapis pondasi bawah
Penambahan Nilai E Lapis Permukaan
Gambar 4.10 Hasil Nilai Tegangan di Bawah Lapis Permukaan Penambahan nilai modulus elastisitas lapis perkerasan memberikan pengaruh terhadap nilai tegangan. Jika ditinjau pada bagian bawah lapis permukaan, pengaruh perubahan modulus elastisitas lapis permukaan sangat terlihat, semakin besar nilai modulus elastisitas lapis permukaan maka tegangan semakin kecil.
75
Dari data ketiga tabel di atas, dengan menggunakan program KENPAVE, hasil nilai regangan tarik di bawah lapis permukaan adalah sebagai berikut: Tabel 4.27 Hasil Nilai Regangan Tarik di Bawah Lapis Permukaan Penambahan nilai E lapisan perkerasan
Nilai Regangan Akibat perubahan nilai E lapis permukaan Akibat perubahan nilai E lapis pondasi atas Akibat perubahan nilai E lapis pondasi bawah
-15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
0.000571
0.000558
0.000545
0.000533
0.000522
0.000511
0.000501
0.000561
0.000552
0.000542
0.000533
0.000525
0.000517
0.000508
0.000551
0.000545
0.000539
0.000533
0.000528
0.000523
0.000518
Regangan Tarik (cm/cm)
0.000580 0.000560 0.000540 0.000520 0.000500 0.000480
Perubahan nilai E lapis permukaan
0.000460
Perubahan nilai E lapis pondasi atas -15% -10% -5% 0%
5% 10% 15%
Perubahan nilai E lapis pondasi bawah
Penambahan Nilai E Lapisan Perkerasan
Gambar 4.11 Hasil Nilai Regangan Tarik di Bawah Lapis Permukaan Pada gambar 4.11 disajikan pengaruh modulus elastisitas lapis perkerasan terhadap nilai regangan tarik pada bagian bawah lapis permukaan. Semakin besar nilai modulus elastisitas lapis perkerasan maka akan semakin kecil regangan tarik yang didapat dan perubahan nilai modulus elastisitas ini cukup berpengaruh terhadap perubahan nilai regangan tarik.
76
Dari data ketiga tabel di atas, dengan menggunakan program KENPAVE, hasil nilai regangan tekan di bawah lapis pondasi bawah adalah sebagai berikut: Tabel 4.28 Hasil Nilai Regangan Tekan di Bawah Lapis Pondasi Bawah Penambahan nilai E lapisan perkerasan
Nilai Regangan Akibat Perubahan nilai E lapis permukaan Akibat Perubahan nilai E lapis pondasi atas Akibat Perubahan nilai E lapis pondasi bawah
-15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
0.001017
0.001008
0.000998
0.000989
0.000981
0.000972
0.000964
0.001017
0.001007
0.000998
0.000989
0.000981
0.000973
0.000965
0.001017
0.001008
0.000999
0.000989
0.000980
0.000971
0.000962
0.001030
Regangan tekan (cm/cm)
0.001020 0.001010 0.001000 0.000990 0.000980
0.000970 0.000960 Perubahan nilai E lapis permukaan
0.000950 0.000940
Perubahan nilai E lapis pondasi atas
0.000930 -15% -10% -5% 0%
5% 10% 15%
Perubahan nilai E lapis pondasi bawah
Penambahan Nilai E Lapisan Perkerasan
Gambar 4.12 Hasil Nilai Regangan Tekan di Bawah Lapis Pondasi Bawah Pada gambar 4.12 disajikan pengaruh modulus elastisitas lapis perkerasan terhadap nilai regangan tekan pada bagian bawah lapis pondasi bawah. Semakin besar modulus elastisitas lapis perkerasan maka akan semakin kecil regangan tekan yang didapat dan perubahan nilai ini cukup berpengaruh terhadap perubahan nilai regangan tekan.
77
Berdasarkan nilai regangan tarik di bawah lapis permukaan, dengan persamaan 2.22 akan diperoleh jumlah repetisi beban berdasarkan analisa kerusakan fatik dan persamaan 2.23 akan diperoleh jumlah repetisi beban berdasarkan analisa kerusakan rutting. Jumlah repetisi beban pada perubahan ketiga lapisan perkerasan adalah sebagai berikut: Tabel 4.29 Repetisi Beban Berdasarkan Analisa Kerusakan Fatik dan Rutting Repetisi beban berdasarkan kerusakan fatik (Nf) Akibat perubahan nilai E lapis permukaan Akibat perubahan nilai E lapis pondasi atas Akibat perubahan nilai E lapis pondasi bawah Repetisi beban berdasarkan kerusakan rutting (Nd) Akibat perubahan nilai E lapis permukaan Akibat perubahan nilai E lapis pondasi atas Akibat perubahan nilai E lapis pondasi bawah
-15%
Penambahan nilai E lapisan perkerasan -10% -5% 0% 5% 10%
15%
13435 13834 14241 14666 15094 15540 15997 12422 13141 13889 14666 15472 16305 17187 13156 13655 14162 14666 15165 15667 16161
34147 35534 37089 38624 40163 41740 43353 34147 35692 37122 38624 40126 41625 43152 34147 35534 37023 38624 40292 42068 43900
50000 45000
Repetisi beban
40000 35000 30000
Akibat perubahan nilai E lapis permukaan berdasarkan kerusakan fatik
25000
Akibat perubahan nilai E lapis pondasi atas berdasarkan kerusakan fatik
20000 15000
Akibat perubahan nilai E lapis pondasi bawah berdasarkan kerusakan fatik
10000
Akibat perubahan nilai E lapis permukaan berdasarkan kerusakan rutting Akibat perubahan nilai E lapis pondasi atas berdasarkan kerusakan rutting
5000 0 -15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
Akibat perubahan nilai E lapis pondasi bawah berdasarkan kerusakan rutting
Penambahan Nilai E Lapisan Perkerasan
Gambar 4.13 Repetisi Beban Berdasarkan Analisa Kerusakan Fatik dan Rutting
78
Repetisi beban sangat berpengaruh dengan nilai regangan tarik pada bagian bawah lapis permukaan dan regangan tekan pada bagian bawah lapis pondasi bawah. Hubungan antara regangan dan repetisi beban adalah semakin kecil nilai regangan maka akan semakin besar batas repetisi beban. Perubahan tebal lapis perkerasan terhadap jumlah repetisi beban lebih berpengaruh dibanding dengan perubahan nilai modulus elastisitas terhadap jumlah repetisi beban. Menurut paper Ir. Hendri Chandra, MT, mekanisme kerusakan fatik terbagi atas tiga tahap yaitu inisiasi atau pembentukan retak, pertumbuhan dan perambatan retak, dan kerusakan fatik. Kerusakan itu terjadi akibat adanya pembebanan berulang serta regangan. Pada proses ini dimulai dari pembebanan berulang selama waktu tertentu sehingga terbentuk regangan. Regangan ini akan memicu terjadinya pembentukan retak kemudian memicu pembentukan retak untuk tumbuh dan merambat hingga terjadinya kerusakan. Beberapa faktor yang mempengaruhi umur fatik yaitu: a. Konsentrasi tegangan atau regangan Konsentrasi tegangan atau regangan dapat mengalami peningkatan atau penurunan tergantung pada beban yang bekerja. Peningkatan nilai tegangan atau regangan akan menurunkan umur fatik. Kegagalan fatik biasanya dimulai pada atau dekat dengan permukaan b. Ukuran struktur Meningkatnya ukuran struktur berarti penambahan luas permukaan bidang dimana akan terdapat suatu aliran retak yang akan merambat di sepanjang bidang dan terjadi kerusakan. Dengan pertambahan luas permukaan bidang
79
maka akan memperpanjang waktu untuk memulai retak, memperjanjang waktu untuk terjadinya perambatan hingga terjadi kerusakan.
