Evaluasi Mekanistik Desain Perkerasan Lentur Bina Marga Nomor 02 M Bm 2013 Terhadap Pembebanan Dan Modulus Lapisan

EVALUASI ME
EKANISTIK DESAIN PERKERASAN LEN
ENTUR
BINA
INA MARGA NOMOR 02/M/BM/2013
TERHADAP
PP
PEMBEBANAN DAN MODULUS LAPIS
ISAN

TUGAS AKHIR

D
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat
Penyele
nyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil

LUTHFI PRATAMA
10 0404 055

DANG STUDI TRANSPORTASI

BIDA
EPARTEMEN TEKNIK SIPIL
DEP
FAKULTAS TEKNIK
IVERSITAS SUMATERA UTARA
UNIVER
2015

ABSTRAK
Kementrian Pekerjaan Umum Direktorat Jendral Bina Marga
mengeluarkan Manual Desain Perkerasan Jalan Nomor 02/M/BM/2013 sebagai
acuan tambahan para perencana jalan. Manual ini menyajikan bagan desain yang
berisi repetisi lalulintas, material perkerasan serta tebal perkerasan sebagai desain
awal. Desain awal yang dihasilkan dari bagan desain ini tidak bisa langsung
digunakan, diperlukannya analisa mekanistik untuk mengevaluasi terhadap aspekaspek dari kondisi yang mempengaruhi suatu struktur perkerasan jalan seperti
pembebanan dan property material.
Bagan desain 3 Manual Desain Perkerasan Jalan Nomor 02/M/BM/2013
yang dievaluasi pada tugas akhir ini dengan kondisi tanah dasar normal dengan
variasi CBR 2.5%,3%,4%,5% dan 6%. Desain perkerasan tersebut akan dievaluasi
terhadap pembebanan dan modulus elastisitas dengan menggunakan program

perhitungan mekaistik KENPAVE untuk mendapatkan respon struktur perkerasan
yaitu regangan yang kemudian akan disubstitusikan kedalam transfer fungtion
untuk mendapatkan umur yang dapat dicapai perkerasan tersebut sebelum
terjadinya retak (fatigue) dan alur (rutting).
Hasil evaluasi menunjukkan bahwa beberapa desain perkerasan telah
memenuhi repetisi rencana yang disajikan oleh Bina Marga. Evaluasi terhadap
pembebanan dapat dijadikan acuan dalam menetapkan toleransi beban berlebih
pada suatu struktur perkerasan, sedangkan perubahan modulus elastisitas lebih
mempengaruhi umur alur (rutting) dari pada retak (fatigue). Selain itu juga dapat
diamati sensitifitas desain perkerasan terhadap tebal lapisan tertentu.
Kata Kunci:
Perkeraan Lentur, Bina Marga 2013, KENPAVE

i

KATA PENGANTAR
Saya bersyukur atas rahmat Allah SWT yang telah memberi kemudahan
kepada saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul: EVALUASI
MEKANISTIK DESAIN PERKERASAN LENTUR BINA MARGA NOMOR
02/M/BM/2013 TERHADAP PEMBEBANAN DAN MODULUS LAPISAN serta

sholawat dan salam kepada nabi Muhammad SAW.
Dengan tulus dan kerendahan hati saya sampaikan hormat dan terimakasih
serta penghargaan sebesar-besarnya kepadaa bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.
Eng.Sc sebagai pembimbing yang senantiasa meluangkan waktu untuk
membimbing, mengarahkan dan memotivasi saya dalam menyelesaikan tugas
akhir ini.
Rasa hormat dan terimakasih juga penulis tujukan kepada:
1. Teristimewa kedua Orang Tua saya, atas setiap dukungan, doa dan
pengorbanannya dalam masa perkuliahan
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johanes Tarigan ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Ir. Syahizal, Mt, selaku seketaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Ir. Indra JayaPandia, M.T, dan Bapak Ir. Joni Hariato sebagai
pembanding/penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang
membangun dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini
5. Bapak Ibu dosen staff pengajar yang telah membekali saya dengan ilmu hingga
selesainya Tugas Akhir ini

ii

6. Kakak Drg.Opi Akana yang telah bersedia meminjamkan dengan ikhlas leptopnya
kepada saya saat leptop saya rusak ditengah-tengah pengerjaan Tugas Akhir ini.
7. Seluruh teman-teman Teknik Sipil USU 2010. Khususnya Febrianti boru Regar,
Williatun boru Nst, Sarifa, Taslimah boru Lbs, Kopipah, Hardiati, Yuda Gelo,
Uus, Erol, Daka, Rizkan terimakasih atas dukungan dan semangatnya
Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karna itu saya sangat
membuka diri terhadap saran dan kritikan untuk menyempurnakan Tugas Akhir
ini. Semoga tugas akhir ini memberikkan manfaat bagi pengembangan imu
pengetahuan khususnya dilingkungan Teknik Sipil USU

Medan,

Juli 2015

Hormat saya

Luthfi Pratama
10 0404 055

iii

DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................i
KATA PENGANTAR ..........................................................................................ii
DAFTAR ISI.........................................................................................................iv
DAFTAR TABLE ..............................................................................................viii
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xii
DAFTAR GRAFIK ............................................................................................xiv
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Umum.............................................................................................................1
I.2 Latar Belakang ...............................................................................................2
I.3 Perumusan Masalah .......................................................................................4
I.4 Tujuan dan Manfaat .......................................................................................4
I.5 Batasan Masalah.............................................................................................5
I.6 Literatur Review.............................................................................................6
I.6.1

Beban Berlebih ..................................................................................6
-Pengertian Beban Berlebih...............................................................6

-Konsep Dasar Beban Berlebih..........................................................7

I.6.2

Modulus Elastisitas............................................................................13

-Pengujian Modulus Lapisan ..................................................................13
-Faktor yang Pengaruhi Modulus............................................................14
I.7 Metodelogi .....................................................................................................16
I.8 Sistematika Penilisan ......................................................................................19

iv

BAB II MANUAL DESAIN PERKERASAN JALAN LENTUR 2013
II.1 Umum.............................................................................................................20
II.2Umur Rencana.................................................................................................26
II.3 Lalulintas........................................................................................................29
II.3.1Volume Lalulintas.................................................................................29
II.3.2 Faktor Pertumbuhan Lalulintas............................................................30
II.3.3 Faktor Lajur .........................................................................................31

II.3.4 Perkiraan Faktor Ekivalen Beban ........................................................32
II.4 Beban Lalulintas.............................................................................................36
II.4.1.Beban lalulintas Standard ....................................................................36
II.4.2.Pengendalian beban Sumbu .................................................................36
II.4.3.Beban Sumbu Standard Komulatif ......................................................36
II.5 Desain Pondasi Jalan......................................................................................37
II.6 Prosedur Desain .............................................................................................39
II.7 Contoh Desain................................................................................................42
BAB III Metode Mekanistik Empirik
III.1 Umum............................................................................................................48
III.2 Tegangan dan Renggangan pada Perkerasan Lentur ....................................49
III.3 Para Meter Desain .........................................................................................53
III.3.1.Modulus Elastisitas ...........................................................................53
III.3.2.Poisson’s Ratio..................................................................................57
III.3.3.Tebal Lapisan ....................................................................................60
III.3.4.Pembebanan ......................................................................................61

v

III.4 Analisa Kerusakan ........................................................................................63

III.4.1.Retak (fatigue)...................................................................................63
III.4.2Alur (rutting)......................................................................................65
III.4.3Titik Kritis..........................................................................................66
III.5 Program KENPAVE .....................................................................................67
III.6 KENLAYER .................................................................................................70
III.7 Pemodelan Perkerasan dan Pembebanan ......................................................76
III.8 Proses Running dan Output program ............................................................77
BAB.IV.Hasil dan Pembahasan
IV.1 Desain Perkerasan.........................................................................................79
IV.2 Evaluasi Desain Perkerasan ..........................................................................81
IV.2.1 Pembebanan ......................................................................................81
IV.2.2 Modulus Elastisitas ...........................................................................81
IV.2.3 Program KENPAVE .........................................................................82
 Proses Input Data.........................................................................83
 Proses Output Data ......................................................................86
IV.3 Hasil Evaluasi ...............................................................................................89
IV.3.1 Perkerasan f1.....................................................................................90
IV.3.2 Perkerasan f2.....................................................................................93
IV.3.3 Perkerasan f3.....................................................................................96
IV.3.4 Perkerasan f4.....................................................................................99

IV.3.5 Perkerasan f5...................................................................................102
IV.3.6 Perkerasan f6...................................................................................105
IV.3.7 Perkerasan f7...................................................................................108
vi

IV.3.8 Perkerasan f8...................................................................................111
IV.4 Pembahasan Hasil Evaluasi ........................................................................114
IV.4.1 Kondisi Normal...............................................................................114
IV.4.2 Kondisi Beban Berlebih..................................................................115
IV.4.3 Kondisi Perubahan Modulus...........................................................117
IV.4.4 Sensitifitas terhadap Tebal Lapisan ................................................117
IV.4.4.1 Sensitifitas terhadap Tebal Timbunan ...............................118
IV.4.4.1 Sensitifitas terhadap Tebal LPA........................................118
IV.4.4.1 Sensitifitas terhadap Tebal AC-BC ...................................119
IV.4.4.1 Sensitifitas terhadap Tebal AC-WC & AC-BC.................120
BABV. Kesimpulan dan Saran
V.4 Kesimpulan ..................................................................................................121
V.4 Saran.............................................................................................................122
Daftar Pustaka

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Dimensi dan Sumbu Terberat Maksimum ............................................7
Tabel 1.2 Muatan Sumbu Terberat Beberapa Negara...........................................9
Tabel 1.3 Modulus Lapangan VS Modulus Laboraturium ....................................16
Tabel 1.4 Desain yang Akan Dianalisa .................................................................17
Tabel 2.1 Ketentuan Pertimbangan Desain Perkerasan ........................................26
Tabel 2.2 Umur Rencana Perkerasan Jalan Baru (UR).........................................27
Tabel 2.3 Contoh Penghematan Peningkatan Umur Rencana ..............................23
Tabel 2.4 Faktor Pertumbuhan Lalulintas (i) Minimum .......................................31
Tabel 2.5 Faktor Pertumbuhan Lalulintas.............................................................32
Tabel 2.6 Pengumpulan Data Beban Lalulintas ...................................................34
Tabel 2.7 Nilai VDF Standard ..............................................................................35
Tabel 2.8 Solusi Desain Pondasi Jalan Minimum.................................................41
Tabel 2.9 ...............................................................................................................41
Desain Perkerasan Lentur Opsi Biaya Optimum Termasuk CTB
Tabel 2.10 Contoh Rekapitulasai Penentuan Nilai CESA ....................................45
Tabel 3.1 Modulus Elastisitas Tipikal...................................................................54

Tabel 3.2 Besaran Modulus Young’s Material Perkerasan...................................55
Tabel 3.3 Modulus Elastisitas Literatur yang Tersedia.........................................55
Tabel 3.4 Modulus Tipikal Bina Marga...............................................................56
Tabel 3.5 Besar Pengurangan Modulus terhadap Tebal Lapis Atas .....................56
Tabel 3.6................................................................................................................57
Modulus Elastisitas yang Digunakan dalam Analisa Mekanistik
viii

Tabel 3.7 Poissons Ratio Literatur 8 & 7..............................................................58
Tabel 3.8 Poisson’s Ratio......................................................................................58
Tabel 3.9 Poisson’s Ratio Bina Marga..................................................................59
Tabel 3. 10.............................................................................................................59
Poisson’s Ratio yang Digunakan dalam Analisa Mekanistik
Table 3.11..............................................................................................................64
Model Kegagalan Retak (Fatigur Cracking) Beberapa oleh Organisasi
Table 3.12 Model Alur (Rutting) Beberapa Organisasi ........................................66
Tabel 4.1 Perkerasan yang akan Dievaluasi..........................................................79
Tabel 4.3................................................................................................................90
Umur Retak dan Alur Perkerasan f1 dalam Kondisi Beban Standard
Tabel 4.4................................................................................................................91
Umur Retak dan Alur Perkerasan f1 dalam Kondisi Beban 125 Psi - 200 Psi
Tabel 4.5................................................................................................................92
Umur Retak dan Alur Perkerasan f1 dalam Kondisi Modulus -10% dan +10%
Tabel 4.6................................................................................................................93
Umur Retak dan Alur Perkerasan f2 dalam Kondisi Beban Standard
Tabel 4.7................................................................................................................94
Umur Retak dan Alur Perkerasan f2 dalam Kondisi Beban 125 Psi - 200 Psi
Tabel 4.8................................................................................................................95
Umur Retak dan Alur Perkerasan f2 dalam Kondisi Modulus -10% dan +10%
Tabel 4.9................................................................................................................96
Umur Retak dan Alur Perkerasan f3 dalam Kondisi Beban Standard

ix

Tabel 4.10..............................................................................................................97
Umur Retak dan Alur Perkerasan f3 dalam Kondisi Beban 125 Psi -200 Psi
Tabel 4.11..............................................................................................................98
Umur Retak dan Alur Perkerasan f3 dalam Kondisi Modulus -10%dan+10%
Tabel 4.12..............................................................................................................99
Umur Retak dan Alur Perkerasan f4 dalam Kondisi Beban Standard
Tabel 4.13............................................................................................................100
Umur Retak dan Alur Perkerasan f4 dalam Kondisi Beban 125 Psi -200 Psi
Tabel 4.14............................................................................................................101
Umur Retak dan Alur Perkerasan f4 dalam Kondisi Modulus -10% dan +10%
Tabel 4.15............................................................................................................102
Umur Retak dan Alur Perkerasan f5 dalam Kondisi Beban Standard
Tabel 4.16............................................................................................................103
Umur Retak dan Alur Perkerasan f5 dalam Kondisi Beban 125 Psi - 200 Psi
Tabel 4.17............................................................................................................104
Umur Retak dan Alur Perkerasan f5 dalam Kondisi Modulus -10% dan +10%
Tabel 4.18............................................................................................................105
Umur Retak dan Alur Perkerasan f6 dalam Kondisi Beban Standard
Tabel 4.19............................................................................................................106
Umur Retak dan Alur Perkerasan f6 dalam Kondisi Beban 125 Psi - 200 Psi
Tabel 4.20............................................................................................................107
Umur Retak dan Alur Perkerasan f6 dalam Kondisi Modulus -10% dan +10%
Tabel 4.21............................................................................................................108
Umur Retak dan Alur Perkerasan f7 dalam Kondisi Beban Standard
x

Tabel 4.22............................................................................................................109
Umur Retak dan Alur Perkerasan f7 dalam Kondisi Beban 125 Psi - 200 Psi
Tabel 4.23............................................................................................................110
Umur Retak dan Alur Perkerasan f7 dalam Kondisi Modulus -10% dan +10%
Tabel 4.24............................................................................................................111
Umur Retak dan Alur Perkerasan f8 dalam Kondisi Beban Standard
Tabel 4.25............................................................................................................112
Umur Retak dan Alur Perkerasan f8 dalam Kondisi Beban 125 Psi - 200 Psi
Tabel 4.27 Sensitifitas terhadap Tebal Timbunan f2 & f3 ........................................118
Tabel 4.28 Sensitifitas terhadap Tebal LPA f1 & f2...........................................118
Tabel 4.29 Sensitifitas terhadap Penambahan 20cm AC-BC ....................................119
Tabel 4.30 Sensitifitas terhadap Penambahan 30cm AC-BC ....................................119
Tabel 4.31 Sensitifitas terhadap Penambahan 50cm AC-BC ....................................119
Tabel 4.26 Sensitifitas terhadap Tebal AC-WC & AC-BC.......................................120

xi

DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik Beban Diizinkan VS Beban Aktual........................................8
Gambar 1.2............................................................................................................12
Diagram Konsep dasar Beban Berlebih Secara Teknis dan Mekanis
Gambar 1.3 Universal Materials Testing Apparatus ............................................13
Gambar 1.4 Falling Weight Deflectometer ...........................................................14
Gambar 1.5 Grafik Modulus terhadap Temperatur...............................................15
Gambar 1.6 Diagram Flowchart Pengerjaan Tugas Akhir....................................18
Gambar 2.1 Distribusi Baban Perkerasan .............................................................21
Gambar 3.1............................................................................................................51
Perkerasan dengan Pembebanan Tunggal, Respons Struktur, dan Material
Properties
Gambar 3.2 Odemark’s Transformation of Layer System ....................................52
Gambar 3.3 Kurva Tegangan Regangan ...............................................................53
Gambar 3.4 Poission’s Ratio.................................................................................57
Gambar 3.5 Distribusi Pembebanan Perkerasan Lentur .......................................60
Gambar 3.6 Sumbu Tunggal Roda Ganda ............................................................62
Gambar 3.7 Pemodelan Pembebanan saat Analisa Mekanistik ............................62
Gambar 3.8 Tititk kritis yang akan Dianalisa .......................................................67
Gambar 3.9 Tampilan Utama Program KENPAVE .............................................68
Gambar 3.10 Tampilan LAYERINP.....................................................................71
Gambar 3.11 Tampilan Menu General..................................................................71
Gambar 3.13 Tampilan Menu ZCoord..................................................................73
Gambar 3.14 Tampilan Menu Layer .....................................................................74
xii

Gambar 3.15 Tampilan Menu Interface ................................................................74
Gambar 3.16 Tampilan Menu Moduli ..................................................................75
Gambar 3.17 Tampilan Menu Load ......................................................................76
Gambar 4.1 Penggunaan Bagan Desain Perkerasan Lentur..................................76
Gambar 4.2 Desain Perkerasan f1 dengan CBR 3% .............................................80
Gambar 4.3............................................................................................................81
Model Perkerasan f1; CBR 3% Evaluasi terhadap Pembebanan
Gambar 4.4............................................................................................................82
Model Perkerasan f1; CBR 3% Evaluasi terhadap Modulus
Gambar 4.5 Menu General Perkerasan f1; CBR 3%.............................................83
Gambar 4.6 Menu Zcoord Perkerasan f1; CBR 3%..............................................83
Gambar 4.7 Menu Layers Perkerasan f1; CBR 3% ..............................................84
Gambar 4.8 Menu Moduli Perkerasan f1; CBR 3% .............................................84
Gambar 4.9 Menu Load Perkerasan f1; CBR 3% .................................................85
Gambar 4.10 Menu Titik Kritis Perkerasan f1; CBR 3% .....................................85
Gambar 4.11 Menu Utama Layerinp Perkerasan f1; CBR 3% .............................86
Gambar 4.12 Menu Utama KENPAVE Perkerasan f1; CBR 3%.........................86
Gambar 4.13 Running Succesced Perkerasan f1; CBR 3%...................................87
Gambar 4.14 Menu LGRAPH Perkerasan f1; CBR 3% .......................................87
Gambar 4.15 Output Data Perkerasan f1; CBR 3%..............................................88

xiii

DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Regangan Tarik (et) dan Tekan (ev) Perkerasan f1 .............................90
Grafik 4.2 ..............................................................................................................90
Umur Retak (Nf) dan Alur (Nd) Perkerasan f1 Kondisi Beban Standard
Grafik 4.3 ..............................................................................................................91
Pengaruh Pembebanan Berlebih terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f1
Grafik 4.4 ..............................................................................................................92
Pengaruh Perubahan Modulus terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f1
Grafik 4.5 Regangan Tarik (et) dan Tekan (ev) Perkerasan f2 .............................93
Grafik 4.6 ..............................................................................................................93
Umur Retak (Nf) dan Alur (Nd) Perkerasan f2 Kondisi Beban Standard
Grafik 4.7 ..............................................................................................................94
Pengaruh Pembebanan Berlebih terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f2
Grafik 4.8 ..............................................................................................................95
Pengaruh Perubahan Modulus terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f2
Grafik 4.9 Regangan Tarik (et) dan Tekan (ev) Perkerasan f3 .............................96
Grafik 4.10 ............................................................................................................96
Umur Retak (Nf) dan Alur (Nd) Perkerasan f3 Kondisi Beban90 Standard
Grafik 4.11 ............................................................................................................97
Pengaruh Pembebanan Berlebih terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f3
Grafik 4.12 ............................................................................................................98
Pengaruh Perubahan Modulus terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f3
Grafik 4.13 Regangan Tarik (et) dan Tekan (ev) Perkerasan f4 ...........................99

xiv

Grafik 4.14 ............................................................................................................99
Umur Retak (Nf) dan Alur (Nd) Perkerasan f4 Kondisi Beban Standard
Grafik 4.15 ..........................................................................................................100
Pengaruh Pembebanan Berlebih terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f4
Grafik 4.16 ..........................................................................................................101
Pengaruh Perubahan Modulus terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f4
Grafik 4.17 Regangan Tarik (et) dan Tekan (ev) Perkerasan f5 .........................102
Grafik 4.18 ..........................................................................................................102
Umur Retak (Nf) dan Alur (Nd) Perkerasan f5 Kondisi Beban Standard
Grafik 4.19 ..........................................................................................................103
Pengaruh Pembebanan Berlebih terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f5
Grafik 4.20 ..........................................................................................................104
Pengaruh Perubahan Modulus terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f5
Grafik 4.21 Regangan Tarik (et) dan Tekan (ev) Perkerasan f6 .........................105
Grafik 4.22
Umur Retak (Nf) dan Alur (Nd) Perkerasan f6 Kondisi Beban Standard...........105
Grafik 4.23 ..........................................................................................................106
Pengaruh Pembebanan Berlebih terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f6
Grafik 4.24 Perbesaran dari Grafik 4.23 terhadap Umur Retak..........................106
Grafik 4.25 ..........................................................................................................107
Pengaruh Perubahan Modulus terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f6
Grafik 4.26 Regangan Tarik (et) dan Tekan (ev) Perkerasan f7 .........................108
Grafik 4.27 ..........................................................................................................108
Umur Retak (Nf) dan Alur (Nd) Perkerasan f7 Kondisi Beban Standard
xv

Grafik 4.28 ..........................................................................................................109
Pengaruh Pembebanan Berlebih terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f7
Grafik 4.29 ..........................................................................................................110
Pengaruh Perubahan Modulus terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f7
Grafik 4.30 Regangan Tarik (et) dan Tekan (ev) Perkerasan f8 .........................111
Grafik 4.31 ..........................................................................................................111
Umur Retak (Nf) dan Alur (Nd) Perkerasan f8 Kondisi Beban Standard
Grafik 4.32 ..........................................................................................................112
Pengaruh Pembebanan Berlebih terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f8
Grafik 4.33 Perbesaran Grafik 4.32 terhadap Umur Retak .................................112
Grafik 4.34 ..........................................................................................................113
Pengaruh Perubahan Modulus terhadap Umur Retak dan Alur Perkerasan f8
Grafik 4.35 Contoh Kontrol Toleransi Beban Berlebih ......................................116

xvi