KINERJA CAMPURAN SPLIT MASTIC ASPHALT SEBAGAI LAPISAN WEARING COURSE (WC)
TUGAS AKHIR
Oleh : I WAYAN JUNIARTHA NIM : 1104105072
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
2
3
ABSTRAK Setiap pembuatan jalan harus memenuhi standar perencanaan untuk memperoleh kualitas jalan yang mampu tahan sesuai umur rencana. Ini bertujuan agar jalan yang dibuat dapat melayani kondisi lalu lintas sesuai keadaan di lapangan. Banyak metode telah dikembangkan dalam teknik perkerasan untuk lapis permukaan, lapis pondasi atas dan lapis pondasi bawah. Untuk lapis permukaan yang struktural dengan campuran panas terdapat jenis Asphalt Concrete (AC), Asphalt Treated Base (ATB), Hot Rolled Asphalt (HRA), dan Split Mastic Asphalt (SMA). Untuk campuran SMA masih belum banyak digunakan untuk perkerasan jalan-jalan di Indonesia, untuk itu pada pada penelitian dicoba menggunakan campuran SMA dengan bahan agregat yang berasal dari Desa Badeg Karangasem dan aspal keras penetrasi 60/70. Adapun tujuan penelitian ini adalah menganalisis nilai karakteristik campuran Split Mastic Asphalt pada Kadar Aspal Optimum (KAO), menganalisis ketahanan campuran SMA terhadap pelepasan butir dengan metode Cantabro, dan untuk menganalisis stabilitas campuran SMA menggunakan metode STOA (Short Term Oven Ageing). Kadar aspal optimum campuran Split Mastic Asphalt adalah 6,95 % dengan nilai karakteristik sebagai berikut: Nilai stabilitas yang diperoleh adalah 1144,88 kg (spesifikasi ≥ 670 kg) dan nilai flow 4,66 mm (spesifikasi ≥ 2,0 mm), nilai marshall quotient 246,32 kg/mm (spesifikasi 190–300 mm), nilai VIM marshall 3,89% (spesifikasi 3,0-5,0%), nilai VMA 17,445% (spesifikasi ≥ 17%) dan nilai VFB 77,703% (spesifikasi 75-85%) dan nilai stabilitas marshall sisa 95,6% (spesifikasi min. 90%). Nilai (CAL) Cantabro abration loss dari campuran Split Mastic Asphalt adalah sebesar 6,026%. Dari pengujian ketahanan dengan metode Short Term Oven Ageing (STOA) terjadi penurunan stabilitas campuran Split Mastic Asphalt dari 1134,72 kg menjadi 786,44 kg. Untuk selanjutnya perlu diadakan penelitian lebih lanjut mengenai Split Mastic Asphalt dengan mengganti tipe atau jenis aspal dan agregat yang digunakan, dan menambahkan bahan tambah seperti lateks atau fiber selulosa ke dalam campuran. Kata Kunci: Split Mastic Asphalt, Marshall, Cantabro, STOA
4
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Kinerja Campuran Split Mastic Asphalt Sebagai Lapisan Wearing Course (WC). Selesainya tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, saran, dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih pada Bapak Prof. Ir. I Nyoman Arya Thanaya, M.E., Ph.D selaku dosen pembimbing I, Bapak Ir. I Gusti Raka Purbanto, MT. selaku pembimbing II dan seluruh keluarga atas dorongan semangat dan doa yang diberikan. Terima kasih pula kepada teman-teman mahasiswa Teknik Sipil Universitas Udayana dan semua pihak yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan, karena keterbatasan ilmu yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tugas ini. Atas perhatiannya penulis ucapkan terima kasih.
Denpasar, Oktober 2015
Penulis
5
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i SURAT PERNYATAAN ...................................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii ABSTRAK ............................................................................................................ iv UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................................ v DAFTAR ISI......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR............................................................................................. x DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi DAFTAR ISTILAH ............................................................................................ xii
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
2.1 2.2
2.3
2.4
2.5
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang........................................................................................ 1 Rumusan Masalah ................................................................................ 3 Tujuan Penelitian.................................................................................... 3 Manfaat Penelitian.................................................................................. 3 Batasan Masalah ....................................................................................... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Perkerasan Lentur ................................................................................... 5 Split Mastic Asphalt (SMA)................................................................... 8 2.2.1 Syarat Teknis Agregat pada Campuran SMA.......................10 2.2.2 Persyaratan Campuran Split Mastic Asphalt ........................12 2.2.3 Persyaratan Sifat-Sifat SMA.................................................12 Agregat ................................................................................................. 13 2.3.1 Klasifikasi Agregat Berdasarkan Proses Terjadinya............ 13 2.3.2 Klasifikasi Agregat Berdasarkan Proses Pengolahannya .... 14 2.3.3 Klasifikasi Agregat Berdasarkan Ukuran Butirnya ............. 15 2.3.4 Sifat Agregat ........................................................................ 16 2.3.5 Pencampuran (Blending) Agregat........................................ 25 Aspal..................................................................................................... 27 2.4.1 Jenis Aspal ........................................................................... 28 2.4.1.1 Berdasarkan Cara Memperolehnya ..................... 28 2.4.1.2 Berdasarkan Bentuknya pada Temperatur Ruang 28 2.4.2 Sifat Aspal............................................................................ 30 2.4.3 Pemeriksaan Aspal............................................................... 30 2.4.4 Karakteristik Aspal Keras .................................................... 32 Perencanaan Campuran Aspal Panas.................................................... 33 2.5.1 Pengujian Material ............................................................... 34 2.5.2 Penentuan Gradasi Agregat.................................................. 34 2.5.3 Penentuan Proporsi Agregat................................................. 34 2.5.4 Estimasi Kadar Aspal Awal ................................................. 35 2.5.5 Penentuan Persentase Material terhadap Berat Total Campuran ............................................................................. 35 2.5.6 Perhitungan Jumlah Material Yang Dibutuhkan.................. 35 2.5.7 Pemanasan Material dan Cetakan (Mould) .......................... 35 2.5.8 Jumlah Sampel dan Pemanasan ........................................... 36 6
2.5.9 2.5.10 2.5.11 2.5.12 2.5.13 2.5.14 2.5.15
3.1. 3.2. 3.2.1 3.3 3.4
3.4.1.3
3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10
Pemadatan Sampel ............................................................... 37 Pengukuran Volumetrik Sampel .......................................... 37 Uji Stabilitas Marshall dan Flow ......................................... 42 Penentuan Kadar Aspal Optimum........................................ 44 Pengujian Stabilitas Marshall Sisa ...................................... 45 Pengujian Ketahanan Campuran SMA dengan Metode Cantabro ............................................................................... 46 Pengujian Ketahanan Campuran SMA pada keadaan STOA .............................................................................................. 46
BAB III METODE PENELITIAN Lokasi Penelitian .................................................................................. 47 Bahan dan Alat ..................................................................................... 47 Bahan.................................................................................................... 47 3.2.2 Alat 47 Bagan Alir Penelitian ........................................................................... 47 Pengujian Laboratorium ....................................................................... 50 3.4.1. Pengujian Agregat................................................................ 50 3.4.1.1 Analisis Ayakan Agregat Kasar, Agregat Halus dan Filler ............................................................. 50 3.4.1.2 Pemeriksaan Berat Jenis dan Penyerapan Agregat Kasar.................................................................... 52 Pemeriksaan Berat Jenis dan Penyerapan Agregat Halus .................... 53 3.4.1.4 Pemeriksaan Berat Jenis Filler............................ 55 3.4.1.5 Pengujian Angularitas Agregat Kasar ................. 56 3.4.1.6 Pengujian Angularitas Agregat Halus ................. 57 3.4.1.7 Pemeriksaan Kelekatan Agregat Terhadap Aspal 57 3.4.1.8 Pemeriksaan Keausan Agregat (Abrasi).............. 59 3.4.1.9 Pemeriksaan Keawetan Agregat (Soundness Test) ............................................................................. 61 3.4.1.10 Pemeriksaan Kadar Lumpur/Lempung66 3.4.1.11 Pemeriksaan Kebersihan Agregat Halus (Sand Equivalent) .......................................................... 68 3.4.2 Pengujian Aspal ................................................................... 73 3.4.2.1 Pemeriksaan Penetrasi Aspal............................... 73 3.4.2.2 Pemeriksaan Titik Nyala dan Titik Bakar ........... 76 3.4.2.3 Pemeriksaan Titik Lembek.................................. 78 3.4.2.4 Pemeriksaan Daktilitas ........................................ 82 3.4.2.5 Pemeriksaan Berat Jenis Aspal............................ 84 3.4.2.6 Pemeriksaan Kehilangan Berat Aspal (Thick Film Test) ..................................................................... 85 Penentuan Gradasi Pilihan.................................................................... 86 Proporsi dan Kebutuhan Material......................................................... 87 Pembuatan Benda Uji Campuran Beraspal Panas ................................ 90 Metode Pengujian Campuran Beraspal Panas dengan Alat Marshall.. 93 Contoh Perhitungan Kalibrasi dan Koreksi Pembacaan Dial terhadap Tebal Benda Uji.................................................................................... 95 Penentuan Kadar Aspal Optimum ........................................................ 95 7
3.11 3.12 3.13
Metode Pengujian Stabilitas Sisa dengan Alat Marshall ..................... 96 Metode Pengujian Ketahanan Campuran dengan Metode Cantabro.... 96 Metode Pengujian Ketahanan Campuran pada keadaaan STOA ......... 96
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pemeriksaan Agregat............................................................................ 97 4.1.1 Pemeriksaan Agregat Kasar ................................................. 97 4.1.1.1 Pemeriksaan Berat Jenis dan Penyerapan Agregat Kasar.................................................................... 97 4.1.1.2 Pemeriksaan Angularitas Agregat Kasar............. 97 4.1.1.3 Pemeriksaan Kadar Lumpur/Lempung Agregat Kasar.................................................................... 98 4.1.1.4 Pemeriksaan Soundness Test............................... 98 4.1.1.5 Pemeriksaan Keausan Agregat ............................ 98 4.1.1.6 Pemeriksaan Kelekatan Agregat Terhadap Aspal 99 4.1.2 Pemeriksaan Agregat Halus ................................................. 99 4.1.2.1 Pemeriksaan Berat Jenis dan Penyerapan Agregat Halus.................................................................... 99 4.1.2.2 Pemeriksaan Angularitas Agregat Halus........... 100 4.1.3 Pemeriksaan Sand Equivalent............................................ 100 4.1.4 Pemeriksaan Berat Jenis Filler .......................................... 100 4.2 Analisis Pemeriksaan Aspal ............................................................... 101 4.2.1 Pemeriksaan Penetrasi Aspal ............................................. 101 4.2.2 Pemeriksaan Titik Lembek ................................................ 101 4.2.3 Pemeriksaan Kehilangan Berat Aspal................................ 101 4.2.4 Pemeriksaan Daktilitas....................................................... 102 4.2.5 Pemeriksaan Berat Jenis Aspal .......................................... 102 4.2.6 Pemeriksaan Titik Nyala.................................................... 102 4.3 Karakteristik Campuran Split Mastic Asphalt .................................... 103 4.4 Grafik Hubungan Kadar Aspal dengan Karakteristik ........................ 103 4.4.1 Stabilitas............................................................................. 103 4.4.2 Flow ................................................................................... 104 4.4.3 Marshall Quotient .............................................................. 105 4.4.4 Voids In Mix (VIM) ........................................................... 106 4.4.5 Voids In Mineral Agregat (VMA) ..................................... 107 4.4.6 Voids Filled Bitumen (VFB) ............................................. 108 4.5 Penentuan Kadar Aspal Optimum ...................................................... 109 4.6 Analisis Karakteristik Campuran Split Mastic Asphalt Pada Kadar Aspal Optimum .................................................................................. 110 4.7 Hasil Uji Stabilitas Marshall Sisa Pada Kadar Aspal Optimum ........ 110 4.8 Hasil Pengujian Ketahanan Campuran pada Keadaan STOA ............ 111 4.9 Hasil Pengujian Cantabro ................................................................... 111 BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan............................................................................................. 113 5.2 Saran ................................................................................................... 113 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 115 8
LAMPIRAN Lampiran A: Hasil Pemeriksaan Agregat dan Aspal .......................................... 118 Lampiran B: Perhitungan Karakteristik Campuran ............................................ 128 Lampiran C: Dokumentasi .................................................................................. 138
9
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Lapisan Perkerasan Jalan ................................................................ 5 Gambar 2.2 Tampang melintang interlock antar agregat dalam campuran SMA................................................................................................ 8 Gambar 2.3 Peran fiber selulosa dalam campuran SMA.................................... 9 Gambar 2.4 Potongan melintang campuran SMA .............................................. 9 Gambar 2.5 Contoh khas macam-macam gradasi agregat................................ 17 Gambar 2.6 Susunan butir-butir agregat berbentuk bulat................................. 19 Gambar 2.7 Susunan butir-butir agregat berbentuk kubus ............................... 19 Gambar 2.8 Pertimbangan volume pori agregat untuk penentuan SG.............. 21 Gambar 2.9 Komponen campuran beraspal secara volumetrik ........................ 37 Gambar 2.10 Contoh penentuan kadar aspal optimum (KAO) .......................... 41 Gambar 3.1 Bagan alir penelitian ..................................................................... 45 Gambar 3.2 Grafik gradasi pilihan ................................................................... 86 Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kadar aspal dengan stabilitas ratarata............................................................................................... 104 Gambar 4.2 Grafik hubungan antara kadar aspal dengan flow rata-rata ........ 105 Gambar 4.3 Grafik hubungan antara kadar aspal dengan Marshall Quotient rata-rata ........................................................................ 106 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara kadar aspal dengan VIM rata-rata........ 107 Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kadar aspal dengan VMA rata-rata ...... 108 Gambar 4.6 Grafik hubungan antara kadar aspal dengan VFB rata-rata........ 109 Gambar 4.7
Bar chart penentuan kadar aspal optimum............................................ 110
10
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 2.5 Tabel 2.6 Tabel 2.7 Tabel 2.8 Tabel 3.1 Tabel 3.2 Tabel 3.3 Tabel 3.4 Tabel 3.5 Tabel 3.6 Tabel 3.7 Tabel 3.8 Tabel 3.9 Tabel 3.10 Tabel 3.11 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5
Ketentuan agregat kasar ................................................................ 10 Ketentuan agregat halus ................................................................ 11 Persyaratan gradasi campuran Split Mastic Asphalt..................... 12 Persyaratan sifat-sifat campuran SMA ......................................... 12 Persyaratan aspal keras penetrasi 60/70........................................ 29 Suhu pemanasan untuk material campuran................................... 32 Konversi pembacaan dial gauge stabilitas ke kN untuk alat uji tekan Marshall model H-4454.100l ......................................... 39 Rasio kolerasi stabilitas Marshall ................................................. 40 Daftar gradasi dan berat benda uji ................................................ 58 Ayakan untuk agregat halus dan agregat kasar ............................. 59 Susunan fraksi halus ..................................................................... 60 Susunan fraksi kasar ..................................................................... 60 Ukuran saringan yang digunakan untuk agregat kasar setelah pengujian....................................................................................... 64 Berat kering minimum benda uji .................................................. 65 Ukuran ayakan untuk penyaringan basah ..................................... 66 Gradasi agregat pilihan ................................................................. 87 Konversi proporsi material............................................................ 88 Kebutuhan material untuk 1, 2 dan 3 buah sampel ....................... 89 Kekentalan aspal keras untuk pencampuran dan pemadatan ........ 91 Hasil pemeriksaan agregat kasar................................................... 99 Hasil pemeriksaan agregat halus................................................. 100 Hasil pemeriksaan aspal penetrasi 60/70 .................................... 102 Nilai karakteristik campuran Split Mastic Asphalt ..................... 103 Nilai karakteristik campuran Split Mastic Asphalt pada kadar aspal optimum (6,95%) ............................................................... 110
11
DAFTAR ISTILAH Adhesi
Agregat Agregat alam Agregat gradasi buruk
Agregat gradasi rapat Agregat gradasi seragam Agregat halus
Agregat kasar
Aspal Aspal cair Aspal minyak Bahan Pengisi (filler) Batuan beku Batuan metamorf
Batuan sedimen Cantabro Deformasi plastis
Degradasi Fatigue
Flow
= kemampuan aspal untuk mengikat agregat sehingga dihasilkan ikatan yang baik antara aspal dan agregat = formasi kulit bumi yang keras dan padat, batu = agregat yang digunakan sebagaimana bentuknya di alam = gradasi senjang campuran agregat dengan salah satu fraksi dihilangkan atau jumlahnya sedikit = gradasi baik, campuran agregat kasar dan halus dalam porsi seimbang = gradasi terbuka, agregat dengan ukuran butir yang hampir sama = agregat dengan ukuran butir lebih kecil dari saringan no.4 menurut ASTM, atau lebih kecil dari saringan no.8 menurut AASTHO = agregat dengan ukuran butir lebih besar dari saringan no.4 menurut ASTM, atau lebih besar dari saringan no.8 menurut AASTHO = material perekat dengan unsur utama bitumen = campuran aspal keras dengan bahan pencair dari hasil penyulingan minyak bumi = merupakan residu destilasi minyak bumi = agregat halus yang lolos dari saringan no.200 = batuan yang berasal dari magma yang dingin dan membeku = batuan yang berasal dari batuan sedimen atau batuan beku yang mengalami perubahan bentuk akibat perubahan tekanan dan temperatur kulit bumi = batuan yang berasal dari campuran partikel mineral, sisa hewan dan tanaman = Uji ketahanan aspal menggunakan mesin Los Angeles tanpa menggunakan bola baja = penurunan pada lapisan beraspal dan biasanya disertai dengan perubahan bentuk ke arah samping = perubahan gradasi karena adanya penghancuran = ketahanan terhadap lelah, kemampuan campuran untuk menahan lendutan akibat beban berulang-ulan tanpa terjadi alur dan retak = kelelehan, biasanya perubahan bentuk plastis campuran beraspal hingga batas keruntuhan 12
Gradasi Gradasi bermatrik batu Gradasi fuller Gradasi bermatrik pasir Kadar aspal optimum
Keawetan Kelenturan Kelenturan
Kohesi
Marshall quotient Mastic asphalt
Selimut aspal
Spesifikasi agregat campuran Split Mastic Asphalt Stabilitas
STOA
Termoplastis Ukuran maksimum agregat Ukuran nominal maksimum VFB (Void Filled Bitumen) VIM (Void In Mix) VMA (Void in Mineral Agg.)
= distribusi partikel-partikel agregat berdasarkan ukuran butir = agregat yang mempunyai sususan ukuran menerus tapi dominan berukuran agregat kasar = gradasi terpadat = agregat yang mempunyai susunan ukuran menerus tapi dominan berukuran agregat halus = kadar aspal tengah dari rentang kadar aspal yang memenuhi semua sifat campuran beton aspal = kemampuan campuran untuk menahan pengaruh buruk lingkungan dan iklim = kemampuan campuran untuk menahan pengaruh buruk iklim dan lingkungan = kemampuan campuran untuk mengakomodasi lendutan permanen pada batas-batas tertentu tanpa mengalami retak = kemampuan aspal untuk mempertahankan agregat tetap ditempatnya setelah terjadi pengikatan = rasio antara satabilitas dan flow = aspal gunung yang mengandung aspal alam yang apabila dipanaskan membentuk mortar aspal = film aspal, tebal lapisan aspal yang menyelimuti butir agregat, tidak termasuk yang diserap agregat = nilai batas rentang gradasi agregat campuran yang diperbolehkan terjadi di lapangan = beton aspal bergradasi terbuka yang mempunyai selimut aspal yang tebal = kemampuan campuran aspal untuk menahan beban lalu lintas tanpa terjadi perubahan bentuk = Short Term Oven Ageing, uji ketahanan aspal dengan memanaskan selama 4 jam dengan suhu 1350 C dalam oven = kepekaan terhadap perubahan suhu = ukuran saringan terbesar dimana agregat yang lolos saringan 100% = ukuran saringan terbesar dimana yang tertahan saringan tidak lebih dari 10% = volume pori diantara butir-butir agregat dalam beton aspal padat terisi oleh aspal = volume pori didalam beton aspal padat = volume pori diantara butir-butir agregat di dalam beton aspal padat 13
