prediksi alur pada perkerasan lentur jalan raya metode bina marga

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

i

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

ii

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.

iii

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.

iv

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

v

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

vi

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

vii

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

viii

IV.5.Pembahasan Hasil Perhitungan Kedalaman Alur ....................... 126

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan ............................................................................. 129

V.2. Saran ...................................................................................... 130

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 131

ix

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

x

= 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

xi

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

xii

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

xiii

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

xiv

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 4.19 Grafik Nilai Repetisi Beban (2X106 ESAL) 121


Gambar 4.21 Grafik Nilai Repetisi Beban (200X106

ESAL) 122

xv



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

prediksi alur pada perkerasan lentur jalan raya metode bina marga

Documents