DESAIN GEOMETRI LOOP RAMP DENGAN METODE COMPOUND CURVE RADII Rudy Setiawan
[email protected] Staf Pengajar Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan Jurusan Teknik Sipil Universitas Kristen Petra Jl. Siwalankerto 121-131 Surabaya, 60236 (P):031-2983392 (F):031-8417658 Abstrak Pembangunan persimpangan tidak sebidang merupakan salah satu upaya penanganan masalah lalulintas yang diterapkan pada ruas jalan kelas arteri dimana kondisi lalulintas pada kaki persimpangannya atau ruas jalan yang menuju persimpangan tersebut sudah tidak dapat diatasi dengan penanganan berupa optimasi waktu lampu lalulintas maupun perbaikan geometri persimpangan. Persimpangan tidak sebidang yang tidak memiliki jalur penghubung (ramp) antara kedua jalan yang saling berpotongan disebut sebagai grade separation, umumnya berupa overpass maupun underpass. Sedangkan persimpangan tidak sebidang yang dilengkapi dengan ramp disebut sebagai Interchange, salah satu jenis ramp adalah loop ramp dengan tiga macam metode desain geometri yaitu: simple curve radius, flat-sharp-flat compound curve radii, and sharp-flat-sharp compound curve radii. Penulisan makalah ini bertujuan memberikan alternatif desain geometri untuk loop ramp yaitu metode compound curve radii. Software 3D Highway Visualization dipergunakan sebagai alat bantu untuk evaluasi alinyemen loop ramp secara tiga dimensi agar dapat dibandingkan hasil desain antara metode compound curve radii dan simple curve radius with spiral transition curve. Dari hasil visualisasi secara dua dimensi maupun visualisasi secara tiga dimensi tidak terlihat perbedaan secara signifikan antara kedua macam metode desain tersebut, sehingga disimpulkan bahwa metode compound curve radii dapat dipergunakan sebagai alternatif dalam desain geometri loop ramp. Kata-kata kunci: Highway Interchange, Loop Ramp, Compound Curve Radii.
PENDAHULUAN Pembangunan persimpangan tidak sebidang (interchange) merupakan salah satu upaya penanganan masalah lalulintas yang diterapkan pada ruas jalan kelas arteri dimana kondisi lalulintas pada kaki persimpangannya atau ruas jalan yang menuju persimpangan tersebut sudah tidak dapat diatasi dengan penanganan berupa optimasi waktu lampu lalulintas maupun perbaikan geometri persimpangan. Salah satu komponen dari interchange adalah ramp yang berfungsi sebagai jalur penghubung antara dua jalan utama yang saling bersilangan. Penulisan makalah ini bertujuan memberikan alternatif desain geometri untuk loop ramp yaitu metode compound curve radii yang merupakan gabungan dari tiga lengkung lingkaran (circle curve). LANDASAN TEORI Persimpangan Tidak Sebidang (Interchange) Menurut Underwood (1991) persimpangan tidak sebidang yang tidak memiliki jalur penghubung (ramp) antara kedua jalan yang saling berpotongan disebut sebagai grade separation, umumnya berupa overpass maupun underpass. Sedangkan persimpangan tidak sebidang yang dilengkapi dengan ramp disebut sebagai Interchange sebagaimana terlihat pada Gambar 1.
Grade Separation
Gambar 1. Grade Separation dan Interchange
Interchange
Pada umumnya terdapat enam pola dasar bentuk geometri interchange (FHA, 2002), yaitu: directional, semidirectional, full cloverleaf, partial cloverleaf (parclo), diamond, dan single point urban sebagaimana terlihat pada Gambar 2. Menurut Bonneson (2003) di Amerika jenis interchange yang paling banyak dipergunakan adalah Diamond (62%), Parclo (16%) dan full cloverleaf (8%)
Gambar 2. Enam Pola Dasar Geometri Interchange
Gambar 3 memperlihatkan beberapa komponen yang merupakan bagian dari sebuah interchange (Underwood, 1991). Pada suatu interchange umumnya terdapat minimum satu atau lebih jenis ramp yang dipergunakan tergantung orientasi akses jalan utama, pengaturan alinyemen, sistem pengaturan kendali lalulintas dan kapasitas ruas jalan; yang termasuk dalam pola dasar geometri ramp sebagaimana terlihat pada Gambar 4. (Bonneson, 2003). Entrance Loop
Exit Loop Bridge Weaving Section
Collector-Distributor Road Freeway Exit
Freeway Entrance
Freeway Entrance
Freeway Exit
Entrance Ramp
Cross-Road Ramp Terminal
Exit Ramp
At-Grade Intersection
Gambar 3. Komponen Interchange (Underwood, 1991)
Gambar 4. Pola Dasar Geometri Ramp
Geometri Loop Ramp Salah satu jenis ramp yang paling banyak dipergunakan adalah loop ramp dengan pertimbangan diantaranya adalah: minimnya kebutuhan luas lahan dan memperbesar jarak weaving. Loop ramp paling banyak dipergunakan pada full cloverleaf interchange dan partial cloverleaf interchange.
Pada umumnya dikenal tiga macam metode desain geometri yaitu: simple curve radius yang menggunakan satu lengkung lingkaran dengan jari-jari konstan dan pada kedua ujungnya terhubung dengan lengkung peralihan atau spiral, sehingga komposisi dari geometri loop ramp adalah: Spiral-Circle-Spiral (SCS) sebagaimana sebagaimana terlihat pada Gambar 5 (Underwood, 1991 dan Bonneson, 2003) atau satu lengkung lingkaran yang terhubung dengan bagian transisi berupa garis lurus atau tangent pada kedua ujungnya (Bonneson, 2004) sebagaimana terlihat pada Gambar 6,
Gambar 5. Geometri Loop Ramp Dengan Komposisi Spiral-Circle-Spiral
Gambar 6. Geometri Loop Ramp Jenis Simple Curve Radii With Tangent
Jenis loop ramp yang lain adalah flat-sharp-flat compound curve radii, atau sharp-flat-sharp compound curve radii; yang merupakan gabungan dari beberapa lengkung lingkaran (circle) dengan perbandingan radius lingkaran kecil (sharp) dan lingkaran besar (flat)adalah 1:2 atau yang umumnya disebut dengan compound curve radii (Bonneson, 2003 dan IGrds Concepts Manual), Gambar 7 memperlihatkan geometri loop ramp yang termasuk dalam kategori flat-sharp-flat compound curve radii. Pada jenis ini loop ramp terdiri atas tiga lengkung lingkaran dengan konfigurasi sebagai berikut: lengkung pertama (R1) dan lengkung ketiga (R3) mempunyai jari-jari lebih besar hingga dua kali jari-jari lengkung kedua (R2). Di Amerika metode flat-sharp-flat compound curve radii paling banyak dipergunakan, disusul dengan metode simple curve design (Bonneson, 2003). Metode Compound Curve Radii Untuk dapat menghasilkan geometri loop ramp yang termasuk kategori flat-sharp-flat compound curve radii digunakan beberapa persamaan dan acuan sebagaimana terlihat pada Gambar 8.
Gambar 7. Geometri Loop Ramp Dengan Flat-Sharp-Flat Compound Curve Radii
G
γ
G
γ F
H
H
I
M
I
R2
R3
L
J
γ α A
R1
E K β D
γ
F
α/2+β M
I
R2
L α
R1
F H
R3
J
G
γ
E K β D
γ
M R3
J
γ
R2
E
L K
α
R1
D
γ
B C A B C A B C Gambar 8. Elemen Desain Geometri Loop Ramp Dengan Metode Compound Curve Radii
dimana: • Sudut α = ∠ BAJ adalah besarnya sudut antara dua jalan yang saling berpotongan • Sudut γ ditentukan besarnya dengan membagi sudut α dengan suatu nilai n tertentu, dengan syarat besarnya sudut γ berkisar antara 10° s/d 25°. • Sudut β diperoleh dari 90° - γ • Nilai R2 ditentukan berdasarkan syarat minimum radii for ramps (SSGDUR 1992, Table 12.3, page.70) • Nilai R1 = R3 ditentukan berdasarkan syarat maksimum nilai R1 = 2 x R2 (IGrds Concepts Manual) • Titik M merupakan titik pusat radius R1 • Titik L merupakan titik pusat radius R2 • Titik K merupakan titik pusat radius R3 • Karena nilai R1 = R3 maka: • Panjang garis AB = AJ = T, dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Setiawan, 2000): T = [ ( (R2.Sin(β))+(R1.Tan(γ/2).Sin(γ)) )/tan(α/2) ] – [ (R1.Tan(γ/2)) – ( (R2.Sin γ) – √ ( (R1.Tan(γ/2))2 – (R1.Tan(γ/2).Sin(γ))2 ) ] • • • •
(1)
Panjang garis BM = DM = JK = HK = R1 ∠ BMD = ∠ HKJ = γ Panjang lengkung BD (L1) = HJ (L3) Titik L terletak pada sumbu simetri sejarak S dari titik A dan membentuk ∠ BAL = ∠ JAL = α/2 • Jarak AL dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Setiawan, 2000):
S = √ { T2 + [ R2.Sin(β) + R1.Tan(γ/2).Sin(γ)]2 }
(2)
PERBANDINGAN DESAIN LOOP RAMP Software 3D Highway Visualization (3DHV) Dalam penelitian ini dipergunakan software 3DHV sebagai alat bantu untuk evaluasi alinyemen loop ramp secara tiga dimensi agar dapat dibandingkan hasil desain geometri loop ramp antara metode compound curve radii dan simple curve radius with spiral transition curve. Software 3DHV sesungguhnya dibuat dengan tujuan untuk membantu perencana geometrik jalan dalam melakukan evaluasi keselarasan antara alinyemen horisontal dan alinyemen vertikal dari suatu desain alinyemen jalan melalui visualisasi secara tiga dimensi sehingga dapat dihasilkan suatu desain yang aman dan nyaman (Setiawan, 2005). Software 3DHV memiliki 2 unit user interface, yaitu satu unit untuk form input dan satu unit untuk perhitungan dan menghasilkan tampilan dalam window OpenGL. User interface untuk form input 3D Visualization seperti terlihat pada Gambar 9. Software 3DHV juga menyediakan fasilitas visualisasi tiga dimensi berupa tampilan prototype dan tunnel (Gambar 10).
Gambar 9. User Interface Untuk Tab 3D Visualization dan Tampilan 3D OpenGL
Gambar 10. Visualisasi Tiga Dimensi Model Prototype dan Model Tunnel
Proyeksi Garis Pandang Tampilan tiga dimensi dalam software 3DHV digambar dari koordinat station saat ini sampai 1.000 pixel (meter) ke depan (dari STA X s/d STA X + 1000m), sehingga perlu dilakukan perhitungan untuk menentukan letak proyeksi garis pandang terutama pada alinyemen horisontal; baik pada lengkung lingkaran (circle) maupun lengkung peralihan (spiral) sebagaimana terlihat pada Gambar 11 dengan memperpergunakan persamaan (3) s/d (17).
y'
dy dx
θc
dL R
y
θc
x' θc
x'
dx
m
R
β
x
δ
TC
y'
y
φ
x
dy
φ
a
dL
q
TS
Lengkung Lingkaran (Circle)
Lengkung Peralihan (Spiral)
Gambar 11. Proyeksi Garis Pandang Pada Lengkung Circle dan Lengkung Spiral
Persamaan untuk menghitung proyeksi garis pandang pada lengkung lingkaran (Underwood, 1991) sebagaimana terlihat pada Gambar 11a adalah: X = R Sin θc (3) Y = R (1-Cos θc) (4) dX = dL Cos θc (5) dY = dL Sin θc (6) X’ = X + dX (7) Y’ = Y + dY (8) dimana: R = jari-jari tikungan (m) θc = sudut segmen lengkung lingkaran (o) X = absis segmen lengkung lingkaran (m) Y = ordinat segmen lengkung lingkaran (m) dL = panjang proyeksi garis pandang (m) dX = pertambahan absis segmen lengkung lingkaran akibat garis pandang dL (m) dY = pertambahan ordinat segmen lengkung lingkaran akibat garis pandang dL (m) X’ = absis segmen lengkung lingkaran akibat garis pandang dL (m) Y’ = ordinat segmen lengkung lingkaran akibat garis pandang dL (m) Persamaan untuk menghitung proyeksi garis pandang pada lengkung peralihan atau spiral (Shahani, 1975 & Sukirman, 1999) sebagaimana terlihat pada Gambar 11b adalah:
1800l 2 πRL β = 2δ φ = 3δ
δ=
⎡ L4 L8 ⎤ + X = L ⎢1 − 2 4 ⎥ ⎣ 40 R l 3456 R l ⎦ L3 ⎡ L4 L8 ⎤ Y= + ⎢1 − ⎥ 2 6 Rl ⎣ 56 R l 7040 R 4 l ⎦ dX = dL Cos φ dY = dL Sin φ X’ = X + dX Y’ = Y + dY dimana: l = panjang segmen lengkung peralihan (m) R = Jari-jari tikungan (m) L = panjang lengkung peralihan (m) δ = sudut antara sumbu X dan tali busur segmen lengkung peralihan (o)
(9) (10) (11)
(10)
(12) (13) (14) (15) (16)
β φ X Y dL dX dY X’ Y’
= sudut antara tali busur segmen lengkung peralihan dan proyeksi garis pandang (o) = sudut antara sumbu X dan proyeksi garis pandang (o) = absis segmen lengkung peralihan (m) = ordinat segmen lengkung peralihan (m) = panjang proyeksi garis pandang (m) = pertambahan absis segmen lengkung peralihan akibat garis pandang dL (m) = pertambahan ordinat segmen lengkung peralihan akibat garis pandang dL (m) = absis segmen lengkung peralihan akibat garis pandang dL (m) = ordinat segmen lengkung peralihan akibat garis pandang dL (m)
PERBANDINGAN METODE DESAIN LOOP RAMP Untuk mengetahui apakah metode compound curve radii dapat digunakan sebagai alternatif desain geometri loop ramp, dilakukan perbandingan dengan menggunakan desain loop ramp pada salah satu simpang susun pada proyek Surabaya Intra Urban Tollway Waru-Wonokromo-Tanjung Perak, yaitu Wonokromo Interchange (STA 9+300) sebagaimana terlihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Wonokromo Interchange STA 9+300
Berdasarkan Gambar 12 dapat dilihat bahwa desain geometri loop ramp mempunyai komposisi Spiral – Circle – Spiral (SCS). Selanjutnya dihitung desain geometri loop ramp metode compound curve radii (CCR) menggunakan persamaan 1 dan 2, dengan spesifikasi sebagai berikut: • Sudut (α) = 88°, Sudut (γ) = α/4 =22°, Sudut (β) = 68° • Jari-jari (R2) = 30m, Jari-jari (R1) = 2 x R2 = 60m Hasil perhitungan ditampilkan berupa gambar centerline loop ramp CCR dan diletakkan diatas centerline loop ramp SCS untuk membandingkan alinyemen horisontal loop ramp sebagaimana terlihat pada Gambar 13.
Gambar 13. Perbandingan Alinyemen Horisontal Centerline Loop Ramp Antara Metode Compound Curve Radii dengan Metode Simple Curve Radius with Spiral Transition Curve
Berdasarkan Gambar 13 terlihat bahwa terdapat sedikit perbedaan (± 1,7m) antara alinyemen horisontal loop ramp dengan metode SCS dan CCR. Selanjutnya juga dilakukan perbandingan alinyemen vertikal loop ramp dengan bantuan software 3DHV sebagaimana terlihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Perbandingan Alinyemen Vertikal Centerline Loop Ramp Antara Metode Compound Curve Radii dengan Metode Simple Curve Radius with Spiral Transition Curve
KESIMPULAN Dari hasil visualisasi secara dua dimensi maupun visualisasi secara tiga dimensi tidak terlihat perbedaan signifikan antara metode Compound Curve Radii dengan metode Simple Curve Radius With Spiral Transition Curve, sehingga disimpulkan bahwa metode Compound Curve Radii dapat dipergunakan sebagai alternatif dalam desain geometri loop ramp sesuai dengan spesifikasi perencanaan Interchange yang mengacu pada Standard Specifications for Geometric Design of Urban Roads 1992. DAFTAR PUSTAKA • Bonneson J., Zimmerman, K., and Jacobson, M. (2003). “Review And Evaluation Of Interchange Ramp Design Considerations For Facilities Without Frontage Roads”. Texas Transportation Institute, The Texas A&M University System, College Station, Texas. http://tti.tamu.edu/documents/0-4538-1.pdf • Bonneson J., Zimmerman, K., and Jacobson, M. (2004). “Development Of Ramp Design Procedures For Facilities Without Frontage Roads”. Texas Transportation Institute, The Texas A&M University System, College Station, Texas. http://tti.tamu.edu/documents/0-4538-2.pdf • Department of Transportation Federal Highway Administration (2002). “Traffic Interchages Design Manual”, Chapter 940, United State.http://tmcpfs.ops.fhwa.dot.gov/cfprojects/ uploaded_files/WSDOT%20Interchanges.pdf • Directorate General of Highway Ministry of Public Works, (1992). “Standard Specifications for Geometric Design of Urban Roads”, Jakarta. • IGrds Concepts Manual. “Appendix M - Ramp Design And Roadway Design Tools”, http://www.extranet.vdot.state.va.us/locdes/IGrdsManuals/Concept/APP_M.pdf • Setiawan, R. (2000). “Handout Matakuliah Rekayasa Geometrik Jalan”, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Kristen Petra, Surabaya. • Setiawan, R. (2005). “Program Visualisasi Alinyemen Jalan Secara Tiga Dimensi Berdasarkan Perhitungan Alinyemen Horisontal Dan Alinyemen Vertikal”. Prosiding Simposium Forum Studi Transportasi Antar Perguruan Tinggi (FSTPT) IX, Universitas Sriwijaya, Palembang. • Shahani, P.B. (1975). “Road Techniques”, Khanna Publishers, Delhi. • Sukirman, S. (1999). “Dasar-dasar Perencanaan Geometrik Jalan”, Nova, Bandung. • Underwood, R.T. (1991). “The Geometric Design of Roads”, Macmilan Company, Melbourne.
