View
237
Download
5
Category
Preview:
Citation preview
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ANALISIS STRUKTUR PERKERASAN JALAN
MENGGUNAKAN SOFTWARE SAP-2000 APLIKASI PADA RUAS JALAN LINGKAR UTARA SRAGEN
Analysis Of Pavement Structure Using SAP-2000 Software
Aplicated To North Ring Road Sragen
SKRIPSI
Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan
Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Disusun Oleh:
SUJIANTO
I 1107073
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
HALAM.AN PENGESAIIAN
ANALISIS STRUKTUR PERKERASAI{ JALANDENGAI{ MENGGIJNAKAN SO F TWARE SAP.2OOO
APLIKASI PADA RUAS JALAN LINGKAR UTARA SRAGEN
Analisis of Pavement Sffueture Using SAP-2000 SoftwareAplicated to North RW Road Sragen
Oleh:
SUJIANTONINf. tlt07073
Dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadardn Jllrusah Teknik sipilFakullas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakmta dan diterima gunamern€nuhi sobagian persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik.
Pada hari : KamisTar,rggal : l6Febraan20l2Tlm Penguji Pendadaran:
1. Ir. Ary $etiyawan. M$q. PhDNrP. 19661204199512 | 001
2. Edy Purwanto. ST. MTNrP. 19680912 r9q702 | 001
3. Ir. Djumari. MTNIP. 19571 420 9&742 1 001
4. Agus Setiya Budi" ST" MTttfp. tgzoo909 199802 I 001
Mengetahui:
a.n. Dekan Fdkultas Teknik
#
4ftsV
Disahkan:
Ketua Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik UNS
NrP. 19590823 198601 1001
Mengetahui:
Ketua Program Sl Non Reguler
Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik UNS
2 199702 | A0r
nr
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, dengan izin Allah swt skripsi ini dapat terselesaikan.
Selama pengerjaan skripsi ini, penyusun telah mendapatkan banyak dukungan dan
bantuan dari berbagai pihak. Karenanya, perkenankan penyusun untuk
mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
2. Pimpinan dan staf Administrasi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3. Ir. Ary Setiyawan, MSc(Eng), PhD dan Edy Purwanto, ST, MT selaku Dosen
Pembimbing skripsi yang telah meluangkan banyak waktunya untuk
membimbing dan mengarahkan.
4. Ir. Djumari, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik, atas segala saran dan
dorongan selama menempuh studi.
5. Teman-teman seangkatan Sipil 2007 serta teman-teman kos Fitnes yang saya
sayangi.
6. Berbagai pihak yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.
Penyusun menyadari bahwa skripsi ini masih banyak mengandung kekurangan,
karenanya saran dan kritik membangun sangat penyusun harapkan. Akhirnya,
penyusun berharap apa yang telah penyusun hasilkan ini dapat memberikan
manfaat sebesar-besarnya bagi pihak yang membutuhkan.
Surakarta, Januari 2012
Penyusun
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan mengucap puji syukur kepada Allah SWT, akhirnya penulis dapat
menyelesaikan tesis dengan judul “Analisis Struktur Perkerasan Jalan dengan
Menggunakan Software SAP 2000 Aplikasi pada Ruas Jalan Lingkar Utara
Sragen” dapat diselesaikan dengan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada
kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada:
1. Rektor Universitas Sebelas Maret Surakarta
2. Ir. Bambang Santosa, MT selaku ketua jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3. Edy Purwaanto, ST, MT selaku pembimbing dan ketua program swadana
transfer jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
4. Ir. Ary Setiyawan, MSc, PhD selaku Pembimbing yang telah banyak
memberikan masukan, bimbingan, dan saran pada setiap tahapan penyusunan
skripsi ini.
5. Ir. Djumari, MT, selaku Pembimbing Akademik yang telah membantu dalam
proses administrasi perkuliahan.
6. Segenap Staf Pengajar Program Studi Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret
Surakarta, yang telah banyak membantu penulis selama menempuh
perkuliahan.
7. Ayah dan ibu atas segala curahan kasih sayang dan iringan do’anya di setiap
langkah dan waktuku.
8. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini,
yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Semoga bantuan yang telah bapak-ibu berikan mendapat balasan yang luar biasa
dari Tuhan. Amin.
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................. ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iii
MOTTO ................................................................................................................. iv
UCAPAN TERIMAKASIH ................................................................................. v
ABSTRAK ............................................................................................................. vi
ABSTRACT ........................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... vii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xiii
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xv
DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xvi
BAB I PENDAHULUAN.................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................. 1
1.2. Rumusan Masalah ........................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ............................................................................. 3
1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................ 5
1.5. Manfaat Penelitian .......................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI.......................... 6
2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................. 6
2.2. Landasan Teori ............................................................................... 7
2.2.1 Perkerasan Lentur .................................................................. 7
2.2.2 Perkerasan Kaku ................................................................... 9
2.2.3 Analisa Struktur Perkerasan Jalan ......................................... 10
2.2.4 Parameter Karakteristik Tanah Dasar (Subgrade) ................ 13
2.2.5 Muatan Sumbu Terberat (MST) Kendaraan .......................... 14
2.2.6 Pemodelan Struktur Perkerasan Dengan SAP 2000 ............. 15
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
2.2.7 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan ........................ 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN..................................................... 20
3.1 Waktu Penelitian ............................................................................. 20
3.2 Lokasi Penelitian ............................................................................. 20
3.3 Kebutuhan Data .............................................................................. 21
3.4 Teknik Pengumpulan Data .............................................................. 21
3.5 Teknik Analisa Data ....................................................................... 21
3.6 Tahapan Penelitian .......................................................................... 21
3.6.1 Tahap Perumusan Masalah ................................................... 24
3.6.2 Tahap Studi Pustaka .............................................................. 25
3.6.3 Tahap Pengumpulan Data ..................................................... 25
3.6.3.1 Data Tanah ............................................................. 25
3.6.3.2 Data Jalan ............................................................... 25
3.6.4 Tahap Analisis Data ............................................................. 25
3.6.5 Tahap Analisis Struktur Perkerasan ..................................... 26
3.6.5.1 Analisa Struktur Perkerasan dengan SAP-2000 ... 27
3.6.6 Tahap Evaluasi Hasil Output Analisis SAP-2000 ............... 31
BAB IV HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN……...………………… 32
4.1 Data Kondisi Umum ....................................................................... 32
4.1.1 Data Kondisi Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen ................. 32
4.1.2 Desain Perbaikan Struktur Perkersan pada Pelaksanaan
Rehabilitasi Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen .................... 33
4.1.2.1 Desain Perkerasan Jalan dengan Perkerasan Lentur
(Flexble Pavement) .............................................................. 33
4.1.2.1 Desain Perkerasan Jalan dengan Perkerasan Kaku
(Rigid Pavement) ................................................................. 35
4.2 Analisis Struktur Perkerasan pada Jalan Lingkar Utara Sragen ..... 38
4.2.1 Pembebanan Beban Gandar Rencana ................................. 38
4.2.2 Parameter Analisis Struktur Subgrade Jalan ...................... 39
4.2.2.1 Berat Jenis (Gs) Tanah ............................................ 39
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
4.2.2.2 Modulus Reaksi Tanah Dasar (Ks) ......................... 40
4.2.2.3 Modulus Elastisitas Tanah Dasar (Es) .................... 41
4.2.2.4 Angka Poisson’s Ratio () ...................................... 41
4.2.2.5 Daya Dukung Tanah Ultimit (qu) ............................ 42
4.2.2.6 Lendutan Ijin (δ) ..................................................... 42
4.2.3 Data Umum Analisis Struktur Perkerasan dengan Program
SAP-2000 ............................................................................. 42
4.2.4 Analisis Struktur Perkerasab dengan SAP 2000 ................. 44
4.2.4.1 Struktur Perkerasan Lentur (flexible Pavement) ..... 44
4.2.4.2 Struktur Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) .......... 57
4.3 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan Pada Pelaksanaan
Renabilitasi Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen ................................ 70
4.3.1 Evaluasi Hasil Analisa Struktur Perkerasan dengan
SAP 2000 ............................................................................. 70
4.3.1.1 Evaluasi Momen Struktur Perkerassan Lentur dan
Struktur Perkerasan Kaku dengan SAP 2000 ......... 70
4.3.1.2 Evaluasi Tegangan Struktur Perkerassan Lentur
dan Struktur Perkerasan Kaku dengan SAP 2000 .. 72
4.3.1.3 Evaluasi Deformasi Struktur Perkerassan Lentur dan
Kaku pada Taah Dasar .............................................. 74
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 77
5.2 Saran ............................................................................................... 78
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 79
LAMPIRAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 Peta Lokasi Kabupaten Sragen .......................................................... 2
Gambar 2.1.a Konfigurasi Struktur Perkerasan Lentur ......................................... 14
Gambar 2.1.b Konfigurasi Struktur Perkerasan Kaku ........................................... 15
Gambar 2.2 Konfigurasi Elemen SHELL .............................................................. 16
Gambar 2.3 Geometri dan transisi meshing Elemen SHELL ................................ 17
Gambar 3.1 Peta Lokasi Penelitian ........................................................................ 20
Gambar 3.2 Bagan Alir Penelitian ......................................................................... 22
Gambar 3.3 Kegiatan Survei Kondisi Eksisting Perkerasan.................................. 23
Gambar 3.4 Pilihan Template Model ..................................................................... 25
Gambar 3.5 Pemodelan Grafis Struktur Perkerasan .............................................. 26
Gambar 3.6 Pendefisian Material pada SAP 2000 ................................................ 26
Gambar 3.7 Pendefisian Penampang pada SAP 2000 ........................................... 27
Gambar 3.8 Pendefisian Pelat pada SAP 2000 ...................................................... 27
Gambar 3.9 Pendefisian Tumpuan Pegas pada SAP 2000 .................................... 28
Gambar 3.10 Input Pembebanan pada SAP 2000 .................................................. 28
Gambar 3.11 Pilihan Opsi Analisis SAP-2000 ...................................................... 29
Gambar 3.12 Tampilan Proses Analisis ................................................................. 29
Gambar 4.1 Tampak Atas Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen ................................ 31
Gambar 4.2 Tipikal Potongan Melintang Desain Overlay Ruas Jalan Lingkar
Utara Sragen .................................................................................... 34
Gambar 4.3 Tipikal Potongan Melintang Desain Perkerasan Jalan Beton Ruas
Jalan Lingkar Utara Sragen ............................................................. 36
Gambar 4.4 Design Axle Load Standard Axle Load = 80 KN = 8,16 ton ............. 37
Gambar 4.5 Ekivalensi luas bidang kontak lingkaran .......................................... 37
Gambar 4.6 Bidang Kontak beban roda .................................................................. 38
Gambar 4.7 Hubungan antara ks dan CBR ............................................................. 39
Gambar 4.8 Model tumpuan pegas pada perkerasan Lentur .................................. 49
Gambar 4.9 Pemodelan Struktur Perkerasan Lentur dengan SAP-2000 ................ 51
Gambar 4.10 Diagram Momen Lapisan Perkerasan Lentur dengan SAP-2000 ..... 52
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
Gambar 4.11 Tegangan Tanah Dasar Perkerasan Lentur dengan SAP-2000 ......... 54
Gambar 4.12 Pola Diagram Lendutan Perkerasan Lentur dengan SAP-2000 ........ 56
Gambar 4.13 Model Tumpuan Pegas pada Perkerasan Kaku ................................. 61
Gambar 4.14 Pemodelan Struktur Perkerasan Kaku dengan SAP-2000 ................ 63
Gambar 4.15 Diagram Momen Perkerasan Kaku dengan SAP-2000 ..................... 64
Gambar 4.16 Tegangan Tanah Dasar Perkerasan Kaku dengan SAP-2000 ........... 66
Gambar 4.17 Pola Diagram Lendutan Perkerasan Kaku dengan SAP-2000 .......... 68
Gambar 4.18 Perbandingan Momen Perkerasan Lentur dan Perkerasan Kaku ...... 70
Gambar 4.19 Diagram Tegangan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar
dengan SAP-2000 Kaku .................................................................... 72
Gambar 4.20 Diagram Lendutan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar
dengan SAP-2000 .............................................................................. 75
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Jangkauan Nilai Banding Poisson’s Ratio ............................................. 13
Tabel 3.1 Data dan Sumber Data ............................................................................ 20
Tabel 4.1 Paket Pemeliharaan Berkala Jalan dan Peningkatan Jalan
Tahun 2011 ............................................................................................... 32
Tabel 4.2 Berat Jenis Tanah (Gs) ........................................................................... 38
Tabel 4.3 Jangkauab Nilai Banding Poisson’s Ratio ............................................ 40
Tabel 4.4 Data Umum Analisis Struktur Program SAP 2000 ............................... 42
Tabel 4.5 Persyaratan Agregat untuk Campuran Laston (AC) .............................. 43
Tabel 4.6 Nilai Tegangan Tanah Dasar Perkersan Lentur dengan SAP 2000 ....... 53
Tabel 4.7 Nilai Lendutan Tanah Dasar Perkersan Lentur dengan SAP 2000 ........ 55
Tabel 4.8 Nilai Tegangan Tanah Dasar Perkersan Kaku dengan SAP 2000 ......... 65
Tabel 4.9 Nilai Lendutan Tanah Dasar Perkersan Kaku dengan SAP 2000 .......... 67
Tabel 4.10 Hasil Evaluasi Analisis Momen Struktur Perkerasan Lentur
Dan Kaku ............................................................................................. 70
Tabel 4.11 Evaluasi Tegangan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar
Dengan SAP 2000 ............................................................................... 71
Tabel 4.12 Hasil Evaluasi Analisis Tegangan Struktur Perkerasan Lentur
dan Kaku pada Tanah Dasar dengan SAP-2000 .................................. 73
Tabel 4.13 Evaluasi Lendutan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar dengan
Dengan SAP 2000 ................................................................................ 74
Tabel 4.14 Hasil Evaluasi Analisis Lendutan Struktur Perkerasan Lentur dan Kaku
pada Tanah Dasar dengan SAP-2000 .................................................. 75
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Data Sekunder
Lampiran B Hasil Analisis Perjerasan Lentur dengan SAP 2000
Lampiran C Hasil Analisis Perjerasan Kaku dengan SAP 2000
Lampiran D Kelengkapan Administrasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvi
DAFTAR NOTASI
AC : Asphalt Concrete
ACWC : Aspalt Concrete Wearing Course
ACBC : Aspalt Concrete Binder Course
BS : Beban Sumbu
c : Kohesi Tanah
CBR : California Bearing Ratio
E : Modulus Elastisitas
Es : Modulus Elastisitas Tanah
Ec : modulus Elastisitas Beton
e : Angka Pori
ESAL : Equivalent Standart Axle Load
f’c : Kuat Tekan Karakteristik Beton
fs : Kuat Lentur Karakristik Beton
FEM : Fiinite Element Method
G : Modulus Geser
Gmm : Berat Jenis Maksimum Campuran Agregat
Gse : Berat Jenis Efektif Agregat
Gb : Berat Jenis Aspal
Gs : Specific Grafity
ITP : Indek Tebal Perkerasan
j1,j2.j3 : Titik nodal
Ks : Modulus Reaksi Tanah Dasar
Kv : Modulus Reaksi Tanah Dasar Arah Vertikal
Kh : Modulus Reaksi Tanah Dasar Arah Horisontal
k1,k2,k3 : Konstanta kekakuan pegas
Mr : Modulus Resilient
MESL : Membranes Encapsulated Soil Layer
m : Massa Jenis
n : Angka Pori
Pmm : Persentase Berat Terhadap Total Campuran
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvii
Ps : Persentase Agregat terhadap Total Campuran
Pb : Kadar Aspal total
P1,P2,P3 : Persentase Masing-masing Fraksi Agregat
PSI : Pavement Servisibility Index
PI : Plasticity Index
PL : Plastic Limit
P1,P2,P3: : Nilai kondisi perkerasan jalan (%)
qu : Daya dukung Tanah Ultimit
SAP : Structure analysis Programme
Sb : Kekakuan Aspal
SI : Susut Indeks
SL : Shringkage Limit
SN : Structure Number
Smix : Modulus Elastisitas Campuran
UCS : Unconfined Compresive Strength
VMA : Rongga dalam Agregat
w : Berat Jenis
WLC : Wet Lean Concrete
ѡ : Kadar Air
: Sudut Geser Dalam
µ : Konstatanta Poison
ѡ optimum : Kadar Air Optimum
: Berat Isi Tanah
: Lendutan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
ABSTRAK
Sujianto, 2012 Analisis Struktur Perkerasan Jalan Dengan MenggunakanSoftware SAP 2000 Aplikasi Pada Ruas Jalan Lingkar Utara Sragen, SkripsiJurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret surakarta.
Salah satu jalur transportasi lintas tengah yang yang berperan penting dalampendisteribusian barang dari Jawa Tengah dan Jawa Timur adalah ruas JalanLingkar Utara Sragen. Pada saat ini pada jalan Lingkar Utara Sragen sedangdilakukan perbaikan, baik dengan menggunakan perkerasan lentur maupundengan menggunakan perkerasan kaku. Penelitian ini bertujuan menganalisis danmengevaluasi stabilitas struktur perkerasan eksisting berdasarkan angka keamananterhadap lendutan dan tegangan.
Metode penelitian dilakukan dengan menganalisis 2 (dua) tipe desain rehabilitasistruktur perkerasan yaitu struktur perkerasan lentur yang terdiri dari lapisanACWC 4 cm, lapisan ACBC 6 cm, AC Base 8 cm, dan struktur perkerasan kakuyang terdiri dari lapisan beton semen bertulang 28 cm, lapisan WLC 10 cm.Analisis dilakukan dengan program berbasis metode elemen hingga yaitu SAP-2000. Dalam proses analisis dengan SAP-2000, massa tanah dasar dimodelkansebagai kumpulan pegas (elastic spring) yang berdiri sendiri dan tidak salingberhubungan sedangkan struktur perkerasan dimodelkan dengan elemen shell.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa momen maksimal yang terjadi pada strukturperkerasan kaku adalah sebesar 1,462 Kg.cm, sedangkan untuk perkerasan lentursebesar 48,830 Kg.cm dan tegangan yang terjadi pada struktur perkerasan kakusebesar 0,346 Kg/cm2 sedangkan untuk perkerasan lentur sebesar 0,284 Kg/cm2
sedangkan lendutan yang terjadi pada struktur perkerasan kaku adalah sebesar0,078 cm dan lendutan untuk perkerasan lentur sebesar 0,064 cm. Desain strukturperkerasan lentur yang terdiri dari lapisan ACWC 4 cm, lapisan ACBC 6 cm,laisan AC Base 8 cm, dan struktur perkerasan kaku yang terdiri dari perkerasanbeton semen bertulang 28 cm, lapisan WLC 10 cm dapat dipakai untukrehabilitasi ruas jalan Lingkar Utara Sragen.
Kata kunci: struktur perkerasan jalan, SAP 2000.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
ABSTRACT
Sujianto, 2012 Analysis Of Pavement Structure Using SAP 2000 SoftwareApplicatied to North Ring Road Sragen, Thesis of Civil EngineeringDepartment of Engineering Faculty, University of Sebelas MaretlSurakarta.
One of the transportation routes that has an important role in the distribution ofgoods from Central Java and East Java is the road of Ring Road North Sragen. Atthis time improvements are being done on the North Ring Road Sragen not onlyby using a flexible pavement and also rigid pavemen. This study aims to analyzeand evaluate stability of the existing pavement structure based on the safetynumber of deflections and tension.
Methods of research carried out by analyzing the 2 (two) types of pavementstructure of rehabilitation desaign that are flexible pavement structure that consistof 4 cm ACWC layer, 6 cm ACBC, 8 cm AC Base, and rigid pavement structureconsist of 28 cm reinforced cement concrete layer, 10 cm WLC layer. Analyseswere performed with a program based on finited element method that is SAP-2000. In the analysis process using SAP-2000, the mass of the sub grade ismodeled as a set of springs (elastic spring) that are independent and notinterrelated while the pavement structure is modeled with shell elements.
The result showed that the maximum moment occurred in rigid pavementstructure was equal to 1,462 Kg.cm, whereas for flexible pavement is equal to48,830 Kg.cm and the tension that occurred in a rigid pavement structure equal to0,346 Kg/cm² while for flexible pavement equal to 0,284 Kg/cm² while thedeflections that occurs on a rigid pavement structure was equal to 0,078 cm andfor flexible pavement equal to 0,064 cm. desaign of flexible pavement structureconsisting of 4 cm ACWC layer, 6 cm ACBC layer, 8 cm AC Base layer and rigidpavement structure consisting of 28 cm reinforced cement concrete pavement, 10cm WLC layer could be used for rehabilitations of road of North Ring RoadSragen.
Keyword :pavement structure, SAP-2000
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang MasalahPertumbuhan ekonomi Indonesia saat ini berkembang sangat pesat, hal ini
mengakibatkan kepadatan sistem transportasi jalan raya semakin meningkat. Di
Indonesia sistem pendistribusian barang masih didominasi transportasi darat,
sehingga truk atau armada pengangkut barang merupakan elemen penting dalam
sistem pendistribusian barang. Dengan demikian apabila pendistribusian
terhambat maka akan berimbas pada kestabilan ekonomi yaitu akan terjadi
kenaikan harga barang dikarenakan biaya operasional yang dikeluarkan
mengalami penambahan.
Salah satu jalur transportasi lintas tengah yang yang berperan penting dalam
pendisteribusian barang dari Jawa Tengah dan Jawa Timur (Solo-Surabaya)
adalah ruas Jalan Lingkar Utara Sragen. Ruas jalan ini sering mengalami
kerusakan struktural jalan cukup parah yang sehingga akan menghambat
pendistribusian barang dari Jawa Tengah menuju ke Jawa Timur.
Pada saat ini pada jalan Lingkar Utara Sragen sedang dilakukan perbaikan, baik
dengan menggunakan perkerasan lentur maupun dengan menggunakan perkerasan
kaku. Untuk daerah-daerah yang mengalami kerusakan cukup parah maka untuk
perbaikannya digunakan perkerasan kaku, sedangkan untuk daerah-daerah yang
mengalami kerusakan tidak begitu parah maka cukup menggunakan perkerasan
lentur.
Kabupaten Sragen sendiri merupakan jalur transportasi lintas tengah yang
menghubungkan Jawa Tengah dan Jawa Timur (Solo-Surabaya) sehingga
mengakibatkan tingkat aksesbilitas dan mobilitas yang cukup tinggi. Hal ini
memberikan keuntungan yang besar bagi Kabupaten Sragen sebagai modal dasar
pengembangan wilayahnya sehingga perlu didukung dengan ketersediaan sarana
dan prasarana transportasi yang baik, agar dapat memperlancar perkembangan
wilayah khususnya perkembangan perekonomian di Kabupaten Sragen. Lokasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
Kabupaten Sragen lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1.1. Peta Lokasi
Kabupaten Sragen, sebagai berikut :
Gambar 1.1. Peta Lokasi Kabupaten Sragen
Struktur perkerasan jalan dalam menjalankan fungsinya berkurang sebanding
dengan bertambahnya umur perkerasan dan bertambahnya beban lalu lintas yang
dipikul dari kondisi awal desain perkerasan tersebut. Lalu lintas yang semakin
padat dan berkembang seiring dengan perkembangan disegala aspek kehidupan.
Umur perkerasan jalan ditetapkan pada umumnya berdasarkan jumlah kumulatif
lintasan kendaraan standar (CESA, cummulative equivalent standar axle) yang
diperkirakan akan melalui perkerasan tersebut, diperhitungkan dari mulai
perkerasan tersebut dibuat dan dipakai umum sampai dengan perkerasan tersebut
dikategorikan rusak (habis nilai pelayanannya). Pertumbuhan ekonomi yang cepat
menuntut suatu permintaan pelayanan pada transportasi jalan yang lebih baik,
kenyamanan, keamanan dan keselamatan pergerakan.
Pada dasarnya jalan akan mengalami penurunan fungsi strukturalnya sesuai
dengan bertambahnya umur, apalagi jika dilewati oleh truk-truk dengan muatan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
yang cenderung berlebih. Jalan-jalan raya saat ini mengalami kerusakan dalam
waktu yang relatif sangat pendek (kerusakan dini) baik jalan yang baru dibangun
maupun jalan yang baru diperbaiki (overlay). Beberapa hasil penelitian yang telah
dilakukan, penyebab utama kerusakan jalan adalah mutu pelaksanaan, drainase,
dan beban berlebih. Kerusakan jalan saat ini menjadi suatu yang kontroversial
dimana satu pihak mengatakan kerusakan dini pada perkerasan jalan disebabkan
karena jalan didesain dengan tingkat kualitas dibawah standar dan di pihak lain
menyatakan kerusakan dini perkerasan jalan disebabkan terdapatnya kendaraan
dengan muatan berlebih (overloading) yang biasanya terjadi pada kendaraan
berat.
Agar didapatkan desain struktur perkerasan yang baik maka melakukan analisis
struktur perkerasan jalan sangat diperlukan untuk mengetahui karakteristik dari
tanah pada subgrade jalan dan perilaku struktur perkerasan jalannya itu sendiri
yang dapat dilihat dari nilai besaran gaya-gaya dalam, tegangan dan lendutan yang
terjadi berdasarkan hasil analisis struktur perkerasan jalan tersebut. Untuk
menganalisa struktur perkerasannya dilakukan dengan memakai alat bantu
program SAP-2000.
Program SAP-2000 yang mengadopsi metode elemen hingga linier elastik model
3 dimensi dapat digunakan untuk menghitung tegangan regangan pada perkerasan
overlay sehingga dapat dipakai untuk memprediksi besaran retak reflektif yang
terjadi pada perkerasan overlay (Sousa dkk, 2005).
Topik dalam skripsi ini adalah membahas tentang “Analisis Struktur Perkerasan
Jalan dengan Menggunakan Software SAP 2000 Aplikasi Pada Ruas Jalan
Lingkae Utara Sragen”. Hasil analisis struktur perkerasan lentur dan perkerasan
kaku yang ditinjau berupa besaran tegangan dan lendutan. Nilai-nilai besaran
tersebut merupakan hasil dari perhitungan analisis struktur perkerasan jalan
dengan menggunakan SAP-2000.
Sebagai input program, dicoba membuat data buatan dengan spesifikasi untuk
perkerasan lentur terdiri dari lapisan Asphalt Concrete Wearing Course (AC-WC)
tebal 4 cm, lapisan Asphalt Concrete Binder Course (AC-BC) tebal 6 cm, dan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
lapisan Asphalt Concrete Base (AC-Base) tebal 8 cm. Sedangkan untuk
perkerasan kaku menggunakan lapisan perkerasan beton semen bertulang tebal 28
cm dan lapisan beton kurus tebal 10 cm. Analisis struktur perkerasan lentur dan
perkerasan kaku dilakukan terhadap parameter perpindahan/lendutan, tegangan,
dan gaya-gaya dalam. Analisis tersebut selanjutnya digunakan untuk
mengevaluasi baik tidaknya struktur perkerasan jalan tersebut. Struktur perkerasan
dianggap mempunyai stabilitas struktur yang baik apabila hasil analisis lendutan
dan tegangan yang terjadi akibat pembebanan pada struktur perkerasan tidak
melebihi lendutan dan kapasitas daya dukung dari tanah dasarnya.
1.2 Rumusan MasalahDari uraian latar belakang di atas permasalahan yang akan dibahas dalam
penelitian ini dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimanakah analisis struktur desain perkerasan jalan pada ruas jalan lingkar
utara Sragen dengan program SAP-2000?
2. Bagaimanakah evaluasi hasil analisis struktur perkerasan jalan pada ruas jalan
lingkar utara sragen berdasarkan output program SAP-2000?
1.3 Batasan MasalahPembahasan permasalahan dalam skripsi ini memerlukan batasan guna
mendapatkan solusi yang sesuai dengan permasalahan yang ada. Batasan tersebut
adalah:
1. Tidak melakukan peninjauan terhadap penanganan perbaikan tanah pada
subgrade jalan.
2. Analisis dilakukan dengan menggunakan metode elemen hingga
menggunakan program SAP 2000
3. Massa tanah dimodelkan sebagai kumpulan pegas (elastic spring) yang berdiri
sendiri dan tidak berhubungan.
4. Struktur perkerasan dimodelkan dengan elemen Shell.
5. Beban kendaraan dimodelkan sebagai beban statis.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
6. Struktur perkerasan yang dianalisis berupa perkerasan lentur dan perkerasan
kaku dengan dimensi menerus ( 6 m x 3 m ).
7. Menurut petugas Dinas Binamarga Jawa Tengah yang bernama Sugiyatno
Amd nilai CBR tanah dasar sebesar 2 %
1.4 Tujuan PenelitianTujuan yang akan dicapai dari penelitian pada skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Analisis struktur perkerasan jalan pada ruas jalan lingkar utara sragen
menggunakan program SAP-2000.
2. Evaluasi hasil analisis struktur perkerasan jalan pada ruas jalan lingkar utara
sragen berdasarkan output SAP-2000.
1.5 Manfaat PenelitianManfaat penelitian yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah manfaat praktis
dan manfaat teoritis sebagai berikut :
1. Manfaat Praktis
Dapat mengetahui perilaku perkerasan jalan (lendutan dan tegangan) akibat
beban kendaraan dengan menggunakan hasil perhitungan analisis SAP 2000
2. Manfaat Teoritis
Pengembangan ilmu pengetahuan terutama dalam penggunaan software SAP
2000 untuk menganalisis struktur perkerasan jalan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan PustakaStudi sistem perkerasan yang telah dilakukan dengan menggunakan metode
elemen hingga (MEH) diantaranya adalah studi untuk sistem Cakar Ayam.
Penelitian-penelitian tersebut membahas perilkau lendutan pada pelat beton.
Romadhoni (2008) melakukan penelitian Perilaku Perkersan Sistem Cakar Ayam
Dengan Metode Elemen Hingga. Ferdiansyah (2009) mengevaluasi dimensi
sistem Cakar Ayam yang diakibatkan oleh pengaruh variasi letak beban dan
kondisi tanah. Surat (2011) melakukan penelitian Analsis Struktur Perkerasan
Jalan Di Atas Tanah Ekspansif.
Chen dan Limma-Salle (1982) dalam Hardiyatmo dkk (2000) mencoba
memodelkan sistem Cakar Ayam dengan Metode Elemen Hingga. Pelat beton
selebar jarak antar pipa maupun pipa-pipa Cakar Ayam dimodelkan sebagai
elemen frame 2-D, sedangkan tanah dibawah slab diekivalensikan dengan
tumpuan elastic berupa spring dengan kekakuan aksialnya ditentukan oleh nilai
coefficient of subgradecreaction. Hasil-hasil yang diperoleh dapat memberikan
gambaran tentang pengaruh pipa-pipa Cakar Ayam pada kekakuan slab.
SAP 2000 merupakan program yang menghadirkan state of the art dalam
teknologi tiga dimensi finate element method bagi struktur teknik. SAP 2000
secara utuh terintegrasi dalam windows 95/NT, dan menyediakan metode ntar
muka secara grafis yang sangat mudah digunakan selama proses pengembangan
dalam aktivitas analisis teknik. Di dalam Program SAP-2000, elemen yang dapat
merepresentasikan struktur perkerasan adalah elemen ASOLID. Banyak problem
praktis tentang analisis tegangan menggunakan bentuk aksisimetris, seperti
cerobong, piringan, dan juga dapat dikembangkan ke bentuk perkerasan. Pada
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
struktur perkerasan baik bentuk perkerasan maupun beban yang bekerja,
dimodelkan dalam bentuk aksisimetris. Program SAP-2000 dapat digunakan
untuk menganalisis model perkerasan lentur multilayer dengan memakai elemen
ASOLID.
Abaza (2007) dalam Surat (2011) menyatakan program SAP-2000 dapat dipakai
untuk menganalisa desain tebal perkerasan lentur jalan secara tiga dimensi dengan
pendekatan elemen hingga. Model yang di analisa terdiri dari tiga lapisan
perkerasan lentur yaitu lapisan aspal beton, lapisan pondasi bawah dan lapisan
tanah dasar. Output dari model ini menghasilkan nilai structure number (SN) dari
perkerasan lentur sehingga memudahkan para desainer menentukan ketebalan
lapisan perkerasan lentur. Lotfi dan Oesterle (2007) dalam Surat (2011)
menganalisa dan menghitung desain struktur bantalan plat beton bertulang rel
kereta api. Kachlakev dan Miller menyatakan (2001) SAP-2000 juga dapat
dipakai untuk menganalisa perilaku struktur jembatan beton bertulang sebelum
dan sesudah dilakukan perkuatan dengan FRP (Fiber reinforced Polymer) untuk
mengetahui besaran regangan yang dihasilkan. Zhang et al (2001) dalam Surat
(2011) menyatakan SAP-2000 dapat dipakai untuk menganalisa gaya-gaya dalam
akibat beban kendaraan yang lewat diatas struktur perkerasan jalan dan jembatan.
Sousa et al (2005) dalam Surat (2011) menyatakan SAP-2000 yang mengadopsi
metode elemen hingga linier elastik model 3 dimensi dapat digunakan untuk
menghitung tegangan regangan pada perkerasan overlay sehingga dapat dipakai
untuk memprediksi besaran retak reflektif yang terjadi pada perkerasan overlay.
2.2 Landasan Teori2.2.1 Perkerasan Lentur
Menurut Departemen Pekerjaan Umum (1987) perkerasa lentur adalah (flexible
pavement) perkerasan yang umumnya menggunakan bahan campuran beraspal
sebagai lapis permukaan serta bahan berbutir sebagai lapisan dibawahnya. Bagian
perkerasan jalan umumnya terdiri dari lapis pondasi bawah (sub base course),
lapis pondasi (base course), dan lapis permukaan (surface course).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
Sukirman, S (1993) menyatakan lapis permukaan berfungsi untuk menerimaa dan
menyebarkan beban lalu lintas tanpa menimbulkan kerusakan yang berarti pada
konstruksi jalan itu sendiri, sehingga akan memberikan kenyamanan kepada si
pengemudi selama masa pelayanan jalan tersebut. Dengan demikian perencanaan
tebal masing-masing lapis perkerasan harus diperhitungkan dengan optimal.
Aly, M. Anas (2000) menyatakan secara sederhana dapat dikatakan bahwa fungsi
perkerasan jalan adalah menyediakan dan memberikan pelayanan kepada lalu
lintas yang lewat diatasnya sedemikian rupa sehinnga lalu lintas dapat bergerak
dengan cepat, aman, dan nyaman sesuai tuntutan dan klasifikasi lalu lintas yang
ada. Untuk itu konstruksi perkerasan jalan paling tidak harus memenuhi kriteria
kuat, awet, rata, mudah dikerjakan dan dipelihara, tidak mahal, dan sesuai dengan
klasifikasinya.
Lapis permukaan adalah bagian konstruksi perkerasan lentur yang terletak paling
atas dan berfungsi sebagai :
a. Bahan perkerasan penahan beban roda, lapisan yang mempunyai stabilitas
tinggi untuk menahan beban roda selama masa pelayanan.
b. Lapisan kedap air sehingga air hujan yang jatuh diatasnya tidak meresap
kelapisan dibawahnya dan melemahkan lapisan-lapisan tersebut.
c. Lapisan aus (wearing course), lapiasan yang langsung menerima gesekan
akibat rem kendaraan sehingga mudah menjadi aus.
d. Lapisan yang menyebarkan beban kelapisan bawah, sehingga dapat dipikul
oleh lapisan lain yang mempunyai daya dukung yang lebih jelek
e. Memberikan suatu bagian permukaan yang rata.
f. Menahan gaya geser dari beban roda
Lapisan pondasi adalah bagian konstruksi perkerasan lentur yang terletak diantara
lapisan pondasi bawah dan lapisan permukaan dan berfungsi :
a. Sebagai bagian perkerasan yang menahan gaya lintang dari beban roda dan
menyebarkan beban kelapisan dibawahnya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
b. Sebagai lapisan peresapan untuk lapisan pondaasi bawah
c. Sebagai perletakan terhadap lapisan permukaan
Lapisan pondasi bawah adalah bagian konstruksi perkerasan lentur yang terletak
diantara lapisan pondasi dan tanah dasar yang berfungsi :
a. Sebagai bagian dari konstruksi perkerasan untuk mendukung dan
menyebarkan beban roda ketanah dasar
b. Sebagai efisiensi penggunan material karena material pondasi bawah relatif
lebih murah dibandingkan perkerasan lapisan diatasnya sehingga dapat
mengurangi tebal lapisan diatasnya yang lebih mahal
c. Sebagai lapisan peresapan agar air tanah tidak berkumpul dilapisan pondasi
d. Sebagai lapisan pertama agar pekerjaan dapat berjalan lancar, sehubungan
dengan kondisi lapangan yang memaksa harus segera menutup tanah dasar
dari pengaruh cuaca atau lemahnya daya dukung tanah dasar menahan roda-
roda alat berat.
Oglesby, CH. Dan Hicks, R.G. (1982) dalam Imam Basuki (2001) menyatakan
bahwa yang dimaksud perencanaan perkerasan adalah memilih kombinasi
material dan tebal lapisan yang memenuhi syarat pelayanan dengan biaya
termurah dan dalam jangka panjang, yang umumnya memperhitungkan biaya
konstruksi pemeliharaan dan pelapisan ulang. Perencanaan perkerasan meliputi
kegiatan pengukuran kekuatan dn sifat penting lainya dari lapisan permukaan
perkerasan dan masing-masing lapisan dibawahnya serta menetapkan ketebalan
permukaan perkerasan, lapis pondasi dan lapis pondasi bawah.
2.2.2 Perkerasan Kaku
Perkerasan jalan beton semen Portland atau lebih sering disebut perkerasan kaku
atau juga disebut rigid pavement terdiri dari pelat beton semen Portland dan
lapisan pondasi (bisa juga tidak ada) diatas tanah dasar. Perkerasan beton yang
kaku dan memiliki modulus elastisitas yang tinggi akan mendistribusikan beban
terhadap area tanah yang cukup luas sehingga bagian terbesar dari kapasitas
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
struktur perkerasan diperoleh dari slab beton sendiri. Hal ini berbeda dengan
perkerasan lentur dimana kekuatan perkerasan diperoleh dari lapisan-lpisan tebal
pondasi bawah, pondasi dan lapisa permukaan. Karena yang paling penting adalah
mengetahui kapasitas struktur yang menanggung beban, maka faktor yang paling
diperhatikan dalam perancangan perkerasan jalan beton semen Portland adalah
kekuatan beton itu sendiri, adanya beragam kekuatan dari tanah dasar dan atau
pondasi hanya berpengaruh kecil terhadap kapsitas struktural perkerasannya (tebal
pelat betonnya), tetapi unttuk desain badan jalan (tanah dasar) perlu kajian
geoteknik tersendiri jika ditemukan klasifikasi tanah yang masuk kategori tidak
baik sebagai tanah dasar.
Lapisan pondasi atau kadang-kadang juga dinggap sebagai lapisan pondasi bawah
jika digunakan dibawah perkerasan beton karena beberapa pertimbangan, yaitu
untuk kendali terhadap terjadinya pumping, kendali terhadap sistem drainasi
(drainase bawah perkerasan), kendali terhadap kembang susut yang terjadi pada
tanah dasar, untuk mempercepat pekerjaan konstruksi, serta menjaga kerataan
dasar dari pelat beton.
Atau dapat diuraikan bahwa fungsi dari lapisan pondasi atau pondasi bawah
adalah :
a. Menyediakan lapisan yang seragam, stabil dan permanen
b. Menaikkan harga modulus reaksi tanah dasar (Modulus of Sub-grade
reaction=k ), menjadi modulus reaksi komposit (Modulus of Composite
Reaction)
c. Melindungi gejala pumping butir-butiran halus yanah pada daerah
sambungan, retakan, dan ujung samping perkerasan
d. Mengurangi terjadinya keretakan pada pelat beton
e. Menyediakan lantai kerja.
Pada awal mula teknik jalan raya, pelat perkerasan kaku dibangun langsung diatas
tanah dasar tanpa memperhatikan sama sekali jenis tanah dasar dan jenis
drainasenya. Pada umumnya dibangun slab setebal 6 – 7 inci. Dengan
bertambahnya beban lalu lintas khususnya setelah perang dunia ke II, mulai
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
diperhatikan bahwa jenis tanah dasar berperan penting terhadap perkerasan,
terutama terjadinya pengaruh pumping pada perkerasan. Oleh karena itu
perancangan untuk mengatasi pumping adalah faktor yang sangat penting untuk
diperhitungkan. (Ari Suryawan, 2009)
Lapis perkerasan beton dapat diklasifikasikan menjadi dua tipe sebagai
berikut :
a. Perkerasan beton dengan tulangan dowel dan tie bar. Jika diperlukan untuk
kendali retak dapat digunakan wire mesh, penggunaanya independen terhadap
adanaya tulangan dowel.
b. Perkerasan beton bertulang menerus terdiri dari prosentasi besi yang relatif
cukup banyak dan tidak ada siar kecuali untuk keperluan pelaksanaan
konstruksi dan beberapa siar muai.
Pada masa kini, tipe perkerasan beton yang populer dan banyak digunkan di
Indonesia adalah perkerasan beton semen Portland dengan dowel dan tie bar. Di
negara-negara maju sudah banyak menggunakan tipe perkerasan beton bertulang
(Ari Suryawan, 2009).
2.2.3 Analisis Struktur Perkerasan Jalan
Untuk menganalisis struktur perkerasan jalan yang ditinjau akan dilakukan dengan
menggunakan Program Bantu (Package Software) SAP-2000. Dimana SAP 2000
merupakan solusi berbasis komputer terhadap metode analisa struktur dengan
menggunakan metode elemen hingga (MEH). Kumar (1986) dalam Surat (2011)
menyatakan Metode Elemen Hingga adalah suatu metode analisis struktur dengan
menggantikan suatu continuum dengan sejumlah elemen-elemen diskrit yang
terhingga dan terhubungkan satu sama lain dengan titik-titik nodal.
Secara garis besar prosedur Metode Elemen Hingga (MEH) yang dikembangkan
untuk menganalisis Struktur Perkerasan Jalan ini dapat dibagi menjadi 5 tahap
dasar sebagai berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
1. Diskretisasi Struktur perkerasan menjadi elemen-elemen benda pejal tiga
dimensi aksisimetrik dan elemen-elemen pelat-lentur, Subgrade Tanah dasar
sebagai elemen-elemen pegas vertikal dengan coefficient of subgrade reaction,
kv, dan sebagai pegas horizontal dengan coefficient of subgrade reaction, kh.
2. Untuk setiap elemen, yaitu elemen pelat-lentur, elemen benda pejal
aksisimetris, pegas vertikal maupun pegas horizontal, dievaluasi matriks
kekakuan elemen dalam koordinat lokalnya dengan formula :
dVBEBKT
v
el . (2.1)
Matriks [B] adalah matriks yang memberikan hubungan antara vektor
regangan elemen dengan vektor nodal displacement elemen d , sesuai
formula dB dan [B] = [D][N] , dengan matriks [D] adalah matriks
operator diferensial, dan [N] adalah shape function matrix yang memberikan
hubungan antara vektor displacement elemen u dengan vektor nodal
displacement elemen d , sesuai formula dNu .
Selanjutnya elK tersebut dapat ditransformasikan ke sistem koordinat global:
TKTK el
Teg . (2.2)
dengan matriks [T] adalah matriks transformasi elemen dari sisetm koordinat
lokal ke sistem koordinat global.
Demikian pula halnya untuk vektor beban dan vektor nodal displacement :
globallokal PTP . (2.3)
globallokal dTd (2.4)
3. Matriks-matriks egK , e
globalP , eglobald untuk setiap elemen dapat di-assembly
menjadi [K], {P}, dan {D} dari strukturnya, dan persamaan keseimbangan
struktur dalam sistem koordinat global menjadi :
PDK (2.5)
4. Persamaan tersebut di atas, setelah kondisi batas beban {P}e dan kondisi batas
displacement {Dk} pada struktur diperhitungkan, dapat diselesaikan untuk
memperoleh solusi nodal displacement dari struktur yang belum diketahui
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
{Du} maupun reaksi-reaksi nodal pada pegas-pegas vertikal dan horizontal
tanah dasar {P}r.
5. Berdasarkan solusi nodal displacement {Du} pada langkah (4), setelah
ditransformasikan kembali ke sistem koordinat lokal {d e} dengan besarnya
tegangan { σ } , regangan { ε } , maupun gaya-gaya dalam untuk setiap
elemen pelat lentur, maupun gaya pegas-pegas vertikal dan horizontal {pe } ,
dapat dihitung sebagai berikut :
edBEE . (2.6)
edB (2.7)
eepegas
e dkp (2.8)
dan distribusi tekanan tanah di bawah perkerasan jalan dapat dievaluasi dengan
mengalikan defleksi perkerasan jalan di setiap titik dengan nilai coefficient of
subgrade reaction, kv.
2.2.4 Parameter Karakteristik Tanah Dasar (Subgrade)
Beberapa parameter karakteristik tanah dasar yang sangat penting dipakai dalam
analisis struktur perkerasan jalan antara lain :
a. Modulus reaksi tanah dasar
Koefisien Modulus of Subgrade Reaction (ks) yang digunakan untuk analisis
struktur perkerasan dapat dihitung berdasarkan nilai CBR tanah dasarnya.
b. Modulus elastisitas tanah dasar
Modulus elastisitas tanah dapat diukur dari korelasi antara modulus resilient
tanah dasar dengan CBR yaitu sebagai berikut :
MR tanah dasar (MPa) = 10 x CBR(%)
c. Angka Poisson’s Ratio tanah dasar
Menurut Bowles (1998), besarnya nilai Poisson’s Ratio () berdasarkan jenis
tanahnya disajikan pada Tabel. 2.2 Jangkauan Nilai Banding Poisson’s Ratio,
sebagai berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Tabel. 2.1 Jangkauan Nilai Banding Poisson’s Ratio
Jenis Tanah Lempung JenuhLempung Tak JenuhLempung Berpasir
0,40-0,500,10-0,300,2-0,30
Lanau 0,30-0,35Pasir (padat) Pasir berkerikil
Biasa dipakai0,10-1,000,30-0,40
Batuan 0,10-0,40Tanah Lus 0,10-0,30Es 0,36Beton 0,15
Sumber : Joseph E. Bowles 1998
d. Daya dukung ultimit tanah dasar
Daya dukung tanah ultimate dapat dihitung berdasarkan rumus pendekatan
yang diberikan oleh J.E. Bowles dengan rumus sebagai berikut :
40
40
su
us
Kq
xqK
(2.9)
dimana :
Ks : Modulus Reaksi Tanah Dasar (kN/m3)qu : Daya dukung tanah ultimit (kN/m2)
e. Lendutan ijin pada tanah dasar
Lendutan maksimal yang dijinkan terjadi pada struktur perkerasan yang
berada diatas subgrade dapat dihitung dengan rumus :
s
u
Kq
(2.10)
dimana :
δ = lendutan yang diijinkan (m)qu = daya dukung tanah ultimit (kN/m2)Ks = Modulus reaksi tanah dasar (kN/m3)
2.2.5 Muatan Sumbu Terberat (MST) Kendaraan
Muatan Sumbu Terberat (MST) adalah beban gandar maksimum yang diijinkan
pada jalan raya. MST dipakai sebagai dasar hukum dalam pengendalian dan
pengawasan muatan kendaraan di jalan dan ditetapan berdasarkan peraturan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
perundang-undangan. Berdasarkan keputusan Departemen Perhubungan,
dilakukan pembatasan beban kendaraan dengan MST diatas 10 ton. Muatan
Sumbu Terberat (MST) di Indonesia berdasarkan PP no. 43 Th. 1993 tentang
Prasarana dan Lalu Lintas Jalan dalah sebagai berikut :
MST > 10 ton : Untuk Jalan Kelas I
MST = 10 ton : Untuk Jalan Kelas II
MST = 8 ton : Untuk Jalan Kelas IIIA, IIIB, IIIC
2.2.6 Pemodelan Struktur Perkerasan Dengan SAP 2000
Dalam aspek konfigurasi struktur perkerasan lentur dan perkerasan kaku,
parameter yang harus ditentukan adalah geometri perkerasan serta jenis material
setiap lapis perkerasannya. Pada model struktur perkerasan lentur ini, secara
umum konfigurasi strukturnya terlihat pada Gambar 2.1.a dan Gambar 2.1.b
berikut, yang berupa sistem struktur perkerasan banyak lapis (multi layer system)
untuk perkerasan lentur dan struktur perkerasan satu lapis (Single layer system)
untuk perkerasan kaku.
Gambar 2.1.a Konfigurasi Struktur Perkerasan Lentur(sumber : Http//azanurfauzi.blogspot.com)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
Konfigurasi Struktur Perkerasan Lentur dan Perkerasan Kaku tersebut diatas di
dalam pemodelan dengan program SAP-2000 direpresentasikan sebagai elemen
SHELL. Elemen SHELL adalah elemen tiga atau empat-node untuk memodelkan
perilaku struktur membran dan pelat-lentur berdasarkan atas persamaan
isoparametrik. Untuk setiap elemen dalam struktur Shell, dapat memilih untuk
model membran murni, piring murni, atau perilaku shell penuh. Setiap elemen
Shell telah sistem koordinat lokal untuk menentukan sifat bahan dan beban, dan
untuk menafsirkan output. Bergantung pada suhu, sifat material orthotropik yang
diizinkan.
Struktur yang dapat dimodelkan dengan elemen ini meliputi :
Kerangka tiga-dimensi, seperti tank dan kubah
Struktur Pelat, seperti pelat lantai, perkerasan kaku dari pelat beton,
Perkerasan Lentur
Membran struktur, seperti dinding geser
Elemen SHELL mempunyai dua macam bentuk yaitu quadrilateral shell elemen
dan triangular shell elemen seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2, berikut ini :
Segiempat, yang didefinisikan oleh empat sendi, sendi j1,j2, j3, dan j4.
Gambar 2.1.b Konfigurasi Struktur Perkerasan Kaku(sumber : Http//azanurfauzi.blogspot.com)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Segitiga, yang ditetapkan tiga sendi yaitu sendi j1, j2, dan j3.
Untuk akurasi terbaik, penggunaan segiempat empat-node dianjurkan.
Penggunaan elemen segiempat untuk meshing berbagai geometri dan transisi
dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut ini.
Gambar 2.2. Konfigurasi Elemen SHELL oleh Surat (2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
Sumber : CSI, 1998
Sifat material yang digunakan Bagian Shell adalah :
Modulus elastisitas,E1, E2, dan E3
Modulus geser, G12, G13, dan G23
Poisson rasio, 12, 13, dan 23
Koefisien ekspansi termal, a1 dan a2
Massa Jenis, m, untuk komputasi elemen massa
Berat Jenis, w, untuk komputasi berat sendiri dan beban gravitasi.
Gambar 2.3. Geometri dan transisi meshing Elemen SHELL oleh Surat (2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
2.2.7 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan
Evaluasi hasil analisis struktur perkerasan dilakukan untuk mengetahui besaran
momen, tegangan dan lendutan serta stabilitas struktur perkerasan terhadap
kapasitas daya dukung tanah dasarnya. Analisis stabilitas dilakukan berdasarkan
tingkat keamanan terhadap deformasi dan tegangan yang terjadi pada lapisan
paling bawah dari struktur perkerasan. Struktur perkerasan dianggap mempunyai
stabilitas struktur yang baik apabila hasil analisis lendutan dan tegangan yang
terjadi akibat pembebanan pada struktur perkerasan tidak melebihi lendutan dan
kapasitas daya dukung dari tanah dasar (subgrade) jalan
Recommended