PREDIKSI ALUR PADA PERKERASAN LENTUR JALAN RAYA METODE BINA MARGA NOMOR 02/M/BM/2013 DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM KENPAVE
TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
MHD ARIF NUGRAHA 10 0404 015
BIDANG STUDI TRANSPORTASI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
ABSTRAK
Perencanaan desain perkerasan jalan raya, khususnya perkerasan lentur dapat menggunakan metode empiris, metode mekanistik ataupun gabungan keduanya. Metode Bina Marga Nomor 02/M/BM/2013 salah satu metode empiris yang dipakai dalam perhitungan tebal perkerasan lentur jalan raya. Dalam proses desain perkerasan lentur, divariasikan 2 parameter desain yang berhubungan dalam perhitungan tebal perkerasan, yaitu nilai beban kendaraan (ESAL) dan nilai CBR tanah dasar. Masing-masing variasi nilainya untuk ESAL : 2 x 106 ESAL, 20 x 106 ESAL, dan 200 x 106 ESAL, untuk CBR : 2%, 4%, 6%, 8%, dan 10%. Selain variasi nilai ESAL dan CBR, terdapat 2 tipe lapisan perkerasan yang akan didesain, yaitu Tipe A (AC-WC, CTB, CTSB, dan Subgrade) dan Tipe B (AC-WC, CTB, Granular Kelas B, dan Subgrade). Terdapat 30 desain yang akan dipergunakan untuk menghitung tebal perkerasannya. Setelah didapatkan nilai tebal perkerasan dari masing-masing desain, dengan mempergunakan program KENPAVE, masing-masing desain dengan ketebalannya digunakan untuk mendapatkan nilai regangan dan tegangan. Nilai regangan dan tegangan tersebut dipergunakan untuk menghitung nilai repetisi fatigue dan rutting dari masing-masing desain perkerasan. Dari nilai repetisi tersebut akan terlihat nilai yang sesuai dengan repetisi beban standar ataupun nilai yang akan mengakibatkan kerusakan pada jalan (failure). Dari hasil perhitungan nilai repetisi, selanjutnya dengan menggunakan metode mekanistik-empiris akan dihitung kerusakan jalannya, yang dikhususkan untuk kerusakan alur (rutting). Dengan masing-masing desain perkerasan yang berbeda-beda akan menghasilkan variasi kedalaman alur yang berbeda-beda.
Kata Kunci : Perkerasan Lentur, Metode Bina Marga Nomor 02/M/BM/2013, KENPAVE, Mekanistik-Empiris
i
KATA PENGANTAR
Bismillaahirrahmaanirrahiim Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas limpahan rahmat dan karuniaNya saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini mengambil judul: PREDIKSI ALUR PADA PERKERASAN LENTUR JALAN RAYA METODE BINA MARGA NOMOR 02/M/BM/2013 DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM KENPAVE. Tugas Akhir ini merupakan syarat yang diwajibkan bagi mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Pada kesempatan ini, dengan tulus dan kerendahan hati, penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih serta penghargaan sebesar-besarnya kepada bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc. sebagai pembimbing tugas akhir dan Koordinator Tugas Akhir Bidang Studi Transportasi atas kesediaannya membimbing, memotivasi, pengarahan, kesediaan waktu dan kesabaran beliau kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Rasa hormat dan terima kasih yang sama juga penulis tujukan kepada: 1. Bapak Prof.Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Indra Jaya Pandia, MT dan Bapak Ir. Joni Harianto, selaku Dosen Pembanding/Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
ii
4. Bapak dan Ibu dosen staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah membekali penulis dengan berbagai ilmu pengetahuan hingga selesainya tugas akhir ini. 5. Teristimewa untuk kedua orang tua saya Ayah Sutrisno, dan Ibu Jamilah Hutabarat, atas segala doa, kasih, semangat, dan keikhlasan atas segala pengorbanannya selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 6. Abang dan adik saya Mhd Ardhiansyah dan Rini Audina yang tak henti memberikan motivasi, dukungan, dan perhatiannya. 7. Sahabat saya, “Family On The Way” : Mhd Zulkarnain Purba, Dicky Triardi, Rizka Dhani Anggita Nasution, Fadhilah Ananda, dan Ayunning Tieas, yang masih menjaga silahturahmi dari jenjang SMP sampai sekarang ini. 8. Teman saya “UNO Bro” : Andry Febriansyah Siregar, Kaka Riad Chofif, Derry Wiliyanda Nasution, Luthfi Pratama, Muhammad Wihardi, dan Taslim, yang telah mengisi hari-hari saya dikala susah dan senang. 9. Seluruh teman-teman Teknik Sipil USU 2010. Umik, Naurah, Cika, Dwi, Cut, Iffah, Jihaddan, Irvan, Uus, Dhaka, Nardis, Maulana, Sahru, Nugraha, Irul, Umri, Resdi, Samsul, dan teman-teman lainnya yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, atas segala ketulusan hati dalam memberikan masukan, semangat dan kesetiakawanannya.
iii
Penulis sungguh menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Karena itu penulis membuka diri terhadap kritikan dan saran bagi penyempurnaan tugas akhir ini. Dan, akhirnya penulis berharap tulisan ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan khususnya di lingkungan Departemen Teknik Sipil USU. Medan, Juli 2015 Hormat saya,
MHD ARIF NUGRAHA 10 0404 015
iv
DAFTAR ISI ABSTRAK ...................................................................................................... i KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii DAFTAR ISI ................................................................................................... v DAFTAR NOTASI .......................................................................................... ix DAFTAR TABEL ........................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiii
BAB I
PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ........................................................................... 1 I.2. Perumusan Masalah ................................................................... 3 I.3. Batasan Masalah ........................................................................ 3 I.4. Tujuan ....................................................................................... 4 I.5. Manfaat...................................................................................... 4 I.6. Metodologi Penelitian ................................................................ 5 I.7. Literature Review ....................................................................... 6 I.8. Sistematika Penulisan ................................................................. 12
BAB II
METODE PERENCANAAN TEBAL PERKERASAN LENTUR II.1. Umum ...................................................................................... 14 II.2. Flexible Pavement (Perkerasan Lentur) ..................................... 20 II.3. Metode Perencanaan Perkerasan Lentur .................................... 25 II.3.1. Sejarah dan Prinsip Perencanaan Perkerasan Lentur ..... 25 II.3.2. Metode Empiris ............................................................ 29
v
II.3.3. Metode Mekanistik ....................................................... 30 II.3.4. Metode Mekanistik Empiris .......................................... 30 II.3.5. Metode Bina Marga 2013 ............................................. 32 II.4 Multi-Layered Elastic System..................................................... 51 II.4.1. Sistem Satu Lapis ......................................................... 52 II.4.2. Sistem Dua Lapis .......................................................... 54 II.4.3. Sistem Tiga Lapis ......................................................... 55 II.5. Pemodelan Lapisan Perkerasan ................................................. 57 II.6. Kerusakan Pada Perkerasan ...................................................... 63 II.7. Program KENPAVE ................................................................. 69 II.7.1. Instalasi Program ........................................................... 69 II.7.2. Perkembangan Program KENPAVE.............................. 71 II.7.3. Tampilan Utama Program KENPAVE .......................... 71 II.7.4. Menu-menu pada Program KENPAVE ......................... 72 II.8. Program KENLAYER .............................................................. 75 II.8.1. Dasar Teori Program KENLAYER .............................. 75 II.8.2 Menu-menu Pada LAYERINP ..................................... 75 II.9. Data Masukan (Input Program KENPAVE) .............................. 81 II.10.Data Keluaran (Output Program) .............................................. 82 II.11.Tahapan Evaluasi Menggunakan Program KENPAVE.............. 83
vi
BAB III METODOLOGI PENELITIAN III.1. Perhitungan Desain Tebal Perkerasan dengan Bina Marga 2013 .................................................................... 86 III.2. Perhitungan Regangan dan Tegangan dengan KENPAVE ....... 87 III.3. Perhitungan Kedalaman Alur dengan Metode Mekanistik-Empiris ................................................... 88
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Perhitungan Tebal Perkerasan ................................................... 90 IV.1.1 Variasi Parameter dan Lapisan Untuk Desain Desain Perkerasan Lentur............................................ 90 IV.1.2 Data Perencanaan Lainnya .......................................... 91 IV.1.3 Perhitungan Tebal Perkerasan ..................................... 94 IV.2 Perhitungan Nilai Regangan Dengan Program KENPAVE ....... 99 IV.2.1. Perhitungan Nilai Regangan Pada Perkerasan ............... 99 IV.2.2. Hasil Output Rengangan dan Tegangan KENPAVE .... 107 IV.2.3. Perhitungan Repetisi Beban Nrutting ........................... 112 IV.2.4. Perhitungan Repetisi Beban Nfatigue ........................... 115 IV.3.Pembahasan Hasil Perhitungan Repetisi Beban ......................... 117 IV.3.1. Grafik Hubungan Regangan dan Tegangan dengan CBR ................................................................ 118 IV.3.1. Grafik Hubungan CBR dan ESAL Rencana Terhadap Repetisi Beban ............................................................ 121 IV.4.Perhitungan Nilai Kedalaman Alur (Rutting) ............................. 124
vii
IV.5.Pembahasan Hasil Perhitungan Kedalaman Alur ....................... 126
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan ............................................................................. 129 V.2. Saran ...................................................................................... 130
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 131
viii
DAFTAR NOTASI
a
= koefisien kekuatan relatif
c
= koefisien distribusi kendaraan
CBR
= California Bearing Ratio (%)
DDT
= Daya dukung tanah (%)
W18
= Perkiraan jumlah beban sumbu standar ekivalen 18-kip
ESAL
= Equivalent Standar Axle Load
ZR
= Deviasi normal standar
So
= Gabungan standard error untuk perkiraan lalu-lintas dan kinerja
ΔIP
= Perbedaan antara indeks permukaan jalan awal (IPo) dan Indeks permukaan jalan akhir design (IPt), (IPo-IPt)
MR
= Modulus resilien
IPo
= Indeks permukaan jalan awal (initial design serviceability index )
IPt
= Indeks permukaan jalan akhir (terminal serviceability index)
IPf
= Indeks permukaan jalan hancur (minimum 1,5)
N
= Faktor pertumbuhan lalu-lintas yang sudah disesuaikan dengan perkembangan lalu-lintas. Faktor ini merupakan faktor pengali yang diperoleh dari penjumlahan harga rata-rata setiap tahun.
n
= umur rencana.
i
= faktor pertumbuhan lalu-lintas (%)
a1 ,a2 , a3
= Koefisien kekuatan relatif bahan perkerasan (berdasarkan besaran mekanistik)
D1, D2, D3 = Tebal masing-masing lapis perkerasan m2, m3
= Koefisien drainase = Jumlah deformasi permanen atau vertikal plastis dalam lapisan/ sub-lapisan HMA
ix
= Jumlah regangan permanen atau axial plastis dalam lapisan/ sub-lapisan HMA = Regangan resilien atau elastis yang didapat dari model respon struktur di lapisan HMA = Tebal dari lapisan HMA = Repetisi beban = Temperatur campuran atau perkerasan = Faktor kedalaman D
= Kedalaman di bawah lapisan permukaan = Tebal HMA = Parameter kalibrasi (dari NCHRP 1-40D re-kalibrasi ; k1r = -3.35412, k2r = 0.4791, k3r = 1.5606), = Konstanta kalibrasi campuran, semuanya bernilai 1.0
x
DAFTAR TABEL Tabel 1.1
Koefisien model rutting …………………………………………. 7
Tabel 2.1
Perbandingan antara Perkerasan Lentur dan Perkerasan Kaku ….. 19
Tabel 2.2
Umur Rencana Perkerasan Jalan Baru …………………………… 33
Tabel 2.3
Faktor Pertumbuhan Lalu Lintas (i) Minimum Untuk Desain …… 35
Tabel 2.4
Pemilihan Jenis Perkerasan ……………………………………..... 39
Tabel 2.5
Faktor Penyesuaian Modulus Tanah Dasar akibat Variasi Musiman ………………………………………………………….. 40
Tabel 2.6
Bagan Desain 1 : Perkiraan Nilai CBR Tanah Dasar …………….. 43
Tabel 2.7
Bagan Desain 2 : Solusi Desain Pondasi Jalan Minimum ………... 44
Tabel 2.8
Bagan Desain 3 : Desain Perkerasan Lentur Opsi Biaya Minimum Termasuk CTB ………………………………………... 46
Tabel 2.9
Bagan Desain 3A : Desain Perkerasan Lentur Alternatif ………… 47
Tabel 2.10
Alternate Bagan Desain 3A : Desain Perkerasan Lentur – Aspal dengan Lapis Pondasi Berbutir …………………………………… 48
Tabel 2.11
Koefisien Drainase „m‟ untuk Tebal Lapis Berbutir ……………... 49
Tabel 2.12
Ketebalan Lapisan yang Diijinkan Untuk Pembatasan …………... 50
Tabel 2.13
Persamaan Pada Multilayered Elastic System …………………….. 54
Tabel 2.14
Nilai Modulus, Koefisien Relatif, dan Poisson Rasio …………….. 59
Tabel 2.15
Analisa Struktur Perkerasan ………………………………………. 62
Tabel 2.16
Tingkat Kerusakan Perkerasan Aspal, Identifikasi dan Pilihan Perbaikan Alur ……………………………………………………. 69
Tabel 2.17
Satuan English dan SI ……………………………………………... 78
Tabel 4.1
Rencana Desain Tebal Lapis Perkerasan ………………………….. 91 xi
Tabel 4.2
Nilai Reliabilitas dan Standar Normal Deviate ………………….....92
Tabel 4.3
Nilai Modulus, Koefisien Relatif dan Poisson Rasio Tipe A ………93
Tabel 4.4
Nilai Modulus, Koefisien Relatif dan Poisson Rasio Tipe B ………93
Tabel 4.5
Akumulai Tebal Perkerasan Tipe A (AC-WC, CTB, CTSB, dan Subgrade) ………………………………………………………….. 96
Tabel 4.6
Akumulai Tebal Perkerasan Tipe B (AC-WC, CTB, Granular B, dan Subgrade) ………………………………………………………….. 98
Tabel 4.7
Nilai Regangan Desain Tipe A (AC-WC, CTB, CTSB, Subgrade) ………………………………………………………….108
Tabel 4.8
Nilai Tegangan Desain Tipe A (AC-WC, CTB, CTSB, Subgrade) ………………………………………………………….109
Tabel 4.9
Nilai Regangan Desain Tipe B (AC-WC, CTB, Granular B, Subgrade) ………………………………………………………… 110
Tabel 4.10
Nilai Tegangan Desain Tipe B (AC-WC, CTB, Granular B, Subgrade) ………………………………………………………….111
Tabel 4.11
Nilai Repetisi Beban rutting Desain Tipe A ……………………... 113
Tabel 4.12
Nilai Repetisi Beban rutting Desain Tipe B ……………………... 114
Tabel 4.13
Nilai Repetisi Beban fatigue Desain Tipe A ……………………... 115
Tabel 4.14
Nilai Repetisi Beban fatigue Desain Tipe B ……………………... 116
Tabel 4.15.
Kedalaman Alur Tipe A ………………………………………….. 125
Tabel 4.15.
Kedalaman Alur Tipe B ………………………………………….. 126
xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Perkerasan Lentur
17
Gambar 2.2
Perkerasan Kaku
18
Gambar 2.3
Perkerasan Telford
26
Gambar 2.4
Perkerasan Macadam
27
Gambar 2.5
Konsep Desain Perkerasan Pertama
31
Gambar 2.6
Bagan Alir Desain Pemilihan Metode Desain Pondasi Jalan
41
Gambar 2.7
Model Sistem Lapis Banyak
52
Gambar 2.8
Diagram tegangan sistem satu lapis
53
Gambar 2.9
Sistem Dua Lapis
55
Gambar 2.10 Grafik Distribusi Tegangan Vertikal Dalam Sistem Dua Lapis
55
Gambar 2.11 Tegangan Sistem Tiga Lapis
56
Gambar 2.12 Modulus Elastisitas
59
Gambar 2.13 Model Poisson Ratio
60
Gambar 2.14 Lokasi Analisa Struktur Perkerasan
63
Gambar 2.15 Alur Pada Jalan Raya (1)
66
Gambar 2.16 Alur Pada Jalan Raya (2)
66
Gambar 2.17 Skema Terjadinya Alur
67
Gambar 2.18 Tampilan Awal KENPAVE
72
Gambar 2.19 Tampilan Layar LAYERINP
76
Gambar 2.20 Tampilan Menu General
77
Gambar 2.21 Tampilan Layar Zcoord
78
Gambar 2.22 Tampilan Layar Layer
79
Gambar 2.23 Tampilan Layar Interface
80
xiii
Gambar 2.24 Tampilan Layar Load
81
Gambar 2.25 Sumbu Standar Ekivalen di Indonesia
82
Gambar 3.1
Diagram Flowchart
85
Gambar 4.1
Tampilan Awal Program KENPAVE
99
Gambar 4.2
Menu Utama LAYERINP
100
Gambar 4.3
Tampilan Menu General
100
Gambar 4.4
Tampilan Layar Zcoord
101
Gambar 4.5
Tampilan Layar Layer
102
Gambar 4.6
Tampilan Layar Moduli
102
Gambar 4.7
Tampilan Layar Load
103
Gambar 4.8
Tampilan Koordinat x dan y
103
Gambar 4.9
Tampilan KENLAYER
104
Gambar 4.10 Tampilan LGRAPH
105
Gambar 4.11 Tampilan dalam EDITOR
106
Gambar 4.12 Output Program KENPAVE
106
Gambar 4.13 Grafik Nilai Regangan dan Tegangan (2X106 ESAL)
118
Gambar 4.14 Grafik Nilai Regangan dan Tegangan (20X106 ESAL)
118
Gambar 4.15 Grafik Nilai Regangan dan Tegangan (200X106 ESAL)
119
Gambar 4.16 Grafik Nilai Regangan dan Tegangan (2X106 ESAL)
119
Gambar 4.17 Grafik Nilai Regangan dan Tegangan (20X106 ESAL)
120
Gambar 4.18 Grafik Nilai Regangan dan Tegangan (200X106 ESAL)
120
Gambar 4.19 Grafik Nilai Repetisi Beban (2X106 ESAL)
121
Gambar 4.20 Grafik Nilai Repetisi Beban (20X106 ESAL)
121
Gambar 4.21 Grafik Nilai Repetisi Beban (200X106 ESAL)
122
xiv
Gambar 4.22 Grafik Nilai Repetisi Beban (2X106 ESAL)
122
Gambar 4.23 Grafik Nilai Repetisi Beban (20X106 ESAL)
123
Gambar 4.24 Grafik Nilai Repetisi Beban (200X106 ESAL)
123
Gambar 4.25 Grafik Variasi Alur Lapisan Perkerasan Tipe A
127
Gambar 4.26 Grafik Variasi Alur Lapisan Perkerasan Tipe B
128
xv
