kajian pengaruh variasi nilai cbr tanah dasar …...kumpulan pegas (elastic spring) sedangkan...

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

i

KAJIAN PENGARUH VARIASI NILAI CBR TANAH DASAR

TERHADAP PERUBAHAN NILAI LENDUTAN DAN

TEGANGAN YANG TERJADI PADA PERKERASAN KAKU

DENGAN BEBAN LALU LINTAS TETAP

STUDY OF THE EFFECT OF VARIATION OF SUBGRADE CBR VALUE ON

CHANGES OF DEFLECTION AND STRESS VALUE THAT HAPPENED TO

RIGID PAVEMENT WITH FIXED LOAD

SKRIPSI Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

Oleh:

GALIH RIZQI AJI PRABOWO

NIM. I0115047

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2019


ii


iii


iv

MOTTO

“Mlakuku Pancen Alon, Nanging Ratau Mundur”

Galih Rizqi Aji Prabowo


v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Puji syukur atas berkat rahmat Allah SWT atas nikmat iman, nikmat sehat dan

nikmat ilmu sehingga penulis dapat menyelesaikan pengerjaan laporan skripsi ini.

Dengan penuh rasa hormat, pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terma

kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Orang tua tercinta, Bapak Saniman dan Ibu Tri Wiryanti serta keluarga dan

saudara atas segala kasih sayang, dukungan, motivasi dan nasihat sehingga

skripsi ini dapat terselesaikan. Semoga Allah SWT selalu menjaga dan

melindungi di dunia maupun di akhirat.

2. Bapak Ir. Ary Setiawan, M.Sc., Ph.D. beserta Bapak Edy Purwanto, S.T., M.T.

selaku Dosen Pembimbing skripsi yang telah meluangkan waktu untuk

membimbing dengan penuh kebaikan dan kesabaran. Semoga Allah selalu

mencurahkan rahmat kepada Bapak Ary Setiawan dan Bapak Edy Purwanto.

3. Tim Skripsi Rigid Pavement yang telah membantu dan bekerjasama dalam

penyelesaian skripsi ini.

4. Teman-teman Perindu Surga yang telah senantiasa menemani dan

menyemangati dalam penyelesaian skripsi ini, serta menjadi tempat untuk

berbagi cerita.

5. Teman-teman yang telah membersamai dari dulu sampai sekarang dan

memberikan segala nasihat serta menjadi tempat keluh kesah.

6. Teman-teman Teknik Sipil UNS angkatan 2015 dan angkatan lainnya, yang

banyak membantu baik dalam bidang akademis kampus ataupun non akademis.


vi

ABSTRAK

Galih Rizqi Aji Prabowo, 2019. Kajian Pengaruh Variasi Nilai CBR Tanah

Dasar Terhadap Perubahan Nilai Lendutan Dan Tegangan Yang Terjadi

Pada Perkerasan Kaku Dengan Beban Lalu Lintas Tetap). Skripsi. Program

Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta.

Pembangunan jalan dengan tipe perkerasan kaku sedang gencar dilakukan di Jawa

Tengah. Sebelumnya sebagian ruas jalan di Jawa Tengah menggunakan perkerasan

lentur, kemudian diganti dengan tipe perkerasan kaku. Beberapa hasil penelitian

yang telah dilakukan, penyebab utama kerusakan jalan adalah mutu

pelaksanaan, drainase, dan beban berlebih (Sujianto 2012). Perkerasan kaku yaitu

perkerasan yang menggunakan semen sebagai bahan pengikat sehingga mempunyai

tingkat kekakuan yang relatif cukup tinggi bila dibandingkan dengan perkerasan

lentur (Anas Ali, 2000).

Perkerasan kaku adalah salah satu solusi untuk menangani tanah dasar yang

bermasalah. Maka dari itu diperlukan analisis lendutan dan tegangan pada

perkerasan kaku untuk mengetahui persamaan linear hubungan antara variasi nilai

CBR dengan lendutan dan tegangan. Penelitian ini mengambil desain ruas jalan

Surakarta – Gemolong – Geyer Bts. Kab. Grobogan sebagai objek kajian

pengaruh beban terhadap lendutan dan tegangan dengan variasi nilai CBR.

Penelitian dimulai dengan mengambil data shop drawing ruas jalan Surakarta –

Gemolong – Geyer (Bts.Kab.Grobogan), kemudian menentukan beban sebesar

8,16 ton kemudian nilai CBR ditentukan mulai dari CBR 2%, 3%, 4%, 5% dan

6%. Analisis dilakukan dengan memasukkan properti material pada program

SAP-2000 dan analitis persamaan Westergaard sebagai pembandingnya. Dalam

proses analisis dengan SAP-2000, massa tanah dasar dimodelkan sebagai

kumpulan pegas (elastic spring) sedangkan struktur perkerasan dimodelkan

dengan elemen shell. Pemilihan alternatif desain berdasarkan hasil analisis

struktur perkerasan yang dilakukan dengan SAP-2000 dan analitis persamaan

Westergaard.

Hasil analisis desain struktur perkerasan kaku berupa nilai lendutan dan

tegangan yang telah memenuhi lendutan izin dan tegangan izin. Berdasarkan

hasil analisis untuk desain perkerasan kaku yang terbaik dipilih dengan variasi

nilai CBR 6% karena memiliki nlai lendutan dan tegangan yang relatif kecil.

Kata Kunci : Perkerasan Kaku.


vii

ABSTRACK

Galih Rizqi Aji Prabowo, 2019. Study Of The Effect Of Variation Of Subgrade

CBR Value On Changes Of Deflection And Stress Value That Happened To Rigid

Pavement With Fixed Load. Essay. Civil Engineering Study Program Faculty of

Engineering, Sebelas Maret State University, Surakarta.

Road construction with rigid pavement type is being intensively carried out in

Central Java. Previously some of the roads in Central Java used flexible pavement,

then replaced it with the type of rigid pavement. Some of the results of research that

have been done, the main causes of road damage are the quality of implementation,

drainage, and overload (Sujianto 2012). Rigid hardening is pavement that uses

cement as a binder so that it has a relatively high level of stiffness when compared

to flexible pavement (Anas Ali, 2000).

Rigid hardening is one solution to deal with problematic subgrade. Therefore the

deflection and stress analysis is needed in rigid pavement to determine the linear

equation of the relationship between variations in the CBR value with deflection

and stress. This study takes the design of the Surakarta - Gemolong - Geyer (Bts.

Kab. Grobogan) road section as an object of study the influence of the load on

deflection and stress with variations in the CBR value.

The study began by taking a shop drawing of the Surakarta - Gemolong - Geyer

road sections (Bts.Kab.Grobogan), then determined the load of 8.16 tons and then

the CBR value was determined starting from the CBR of 2%, 3%, 4%, 5% and 6 %.

The analysis is carried out by including material properties in the SAP-2000

program and analytical Westergaard equations as a comparison. In the process of

analysis with SAP-2000, the mass of the subgrade is modeled as a collection of

elastic springs while the pavement structure is modeled with a shell element. The

selection of design alternatives is based on the results of the pavement structure

analysis conducted with SAP-2000 and analytical Westergaard equations.

The results of the analysis of the design of rigid pavement structures in the form of

deflection values and stresses that have fulfilled permit deflection and permit stress.

Based on the analysis results for the best rigid pavement design, it was chosen with

a variation of CBR value 6% because it has a relatively small deflection value and

stress

.Keywords: Rigid Pavement.


viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa telah melimpahkan rahmat serta

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan

judul “Evaluasi Desain Struktur Perkerasan Kaku (Rigid Pavement) Ruas Jalan

Rurakarta-Gemolong-Geyer Batas Kabupaten Grobokan (Kabupaten Sragen)

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak banyak

kendala yang sulit untuk penyusun hadapi sehingga terselesaikanya penyusunan

skripsi ini. Penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:

1. Dr. Niken Silmi Surjandari, S.T., M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Ir. Ary Setiawan, M.Sc., Ph.D selaku Dosen Pembimbing I skripsi. Terimakasih

atas semua waktu, bimbingan, motivasi, serta bantuanya selama penyusunan

skripsi ini sampai selesai.

3. Edy Purwanto S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing II skripsi. Terimakasih atas

semua waktu, bimbingan, motivasi, serta bantuanya selama penyusunan skripsi

ini sampai selesai.

4. Ir. Ary Setiawan, M.Sc., Ph.D selaku Dosen Pembimbing Akademik.

Terimakasih atas semua waktu, bimbingan, motivasi, serta bantuanya selama

penyusunan skripsi ini sampai selesai.

5. Semua Staf Pengajar Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

6. Orang tua tercinta Bapak Saniman dan Ibu Tri Wiryanti, serta keluarga dan

saudara, terimakasih atas segala doa, semangat dan dukungannya.

7. Seluruh anggota tim Rigid Pavement dan rekan – rekan Teknik Sipil 2015,

semoga dengan semua yang telah terlewati ini kita menjadi pribadi yang lebih

baik. Semoga kita semua sukses kedepannya dan selamat berjuang.

8. Semua orang yang telah terlibat baik langsung atau secara tidak langsung dalam

penyusunan skripsi ini yang tidak bisa Penulis sebutkan satu per satu.


ix

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Saran dan kritik

yang membangun sangat penulis harapkan, semoga skripsi ini dapat berguna bagi

pihak-pihak yang membutuhkan, khususnya bagi penulis sendiri.

Surakarta, Agustus 2019

Penyusun


x

Daftar Isi

`

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iii

MOTTO ................................................................................................................ iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................... v

ABSTRAK ............................................................................................................ vi

ABSTRACT ......................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiv

DAFTAR GRAFIK ............................................................................................ xvi

DAFTAR NOTASI ............................................................................................ xvii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xviii

BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ............................................................................................ 2

1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ......................................................................................... 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ............................. 5

2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................................... 5

2.2 Landasan Teori .............................................................................................. 7

2.2.1 Perkerasan Lentur ................................................................................... 7

2.2.2 Perkerasan Kaku ..................................................................................... 9

2.2.3 Tanah Lempung Ekspansif ................................................................... 11

2.2.4 Analisis Struktur Perkerasan Jalan ....................................................... 11

2.2.4.1 Persamaan Westergaard ................................................................ 12


xi

2.2.4.2 Analisis dengan menggunakan Program SAP 2000 ..................... 14

2.2.5 Parameter Karakteristik Tanah Dasar (Subgrade) ................................ 15

2.2.6 Muatan Sumbu Terberat (MST) Kendaraan ......................................... 17

2.2.7 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan ........................................ 20

BAB 3 METODE PENELITIAN ...................................................................... 21

3.1 Lokasi Penelitian ......................................................................................... 21

3.2 Jenis Penelitian ............................................................................................ 23

3.3 Teknik Pengumpulan Data .......................................................................... 23

3.3.1 Analisis Perkerasan Kaku ..................................................................... 24

3.3.2 Persamaan Westergard .......................................................................... 24

3.3.3 SAP 2000 (Structure Analyze Program) .............................................. 24

3.4 Tahapan Penelitian ...................................................................................... 27

BAB 4 HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN ........................................... 31

4.1 Data Kondisi Umum ................................................................................... 31

4.1.1 Data Kondisi Ruas Jalan Surakarta-Gemolong-Geyer

(Bts.Kab.Grobogan) ....................................................................................... 31

4.1.2 Kegiatan Rehabilitasi Struktur Perkerasan pada Ruas Jalan Surakarta-

Gemolong-Geyer (Bts.Kab.Grobogan) .......................................................... 32

4.1.2.1 Desain Perbaikan Perkerasan Jalan dengan Perkerasan Kaku ...... 33

(Rigid Pavement) ........................................................................................... 33

4.2 Analisis Struktur Perkerasan Kaku Pada Ruas Jalan Surakarta-Gemolong-

Geyer (Bts.Kab.Grobogan) ................................................................................ 35

4.2.2 Parameter Analisis Struktur Subgrade Jalan ........................................ 37

4.2.2.1 Berat Jenis (Gs) Tanah .................................................................. 37

4.2.2.3 Modulus Elastisitas Tanah Dasar (Es) .......................................... 38

4.2.2.4 Angka Poisson’s Ratio () ........................................................... 39

4.2.2.5 Daya Dukung T anah Dasar (DDT) .............................................. 39

4.2.2.6 Lendutan Ijin (δ) ........................................................................... 40

4.2.3 Data Umum Analisis Struktur Perkerasan Dengan Westergaard ......... 41

4.2.4 Data Umum Analisis Struktur Perkerasan dengan Program SAP-2000 42


xii

4.3 Analisis Struktur dengan Persamaan Westergaard ...................................... 43

4.3.1 Koefisien Subgade Arah Vertikal (Kv) ................................................ 43

4.3.2 Perhitungan dengan Persamaan Westergaard ....................................... 44

4.4 Analisis Sturkur dengan Program SAP 2000 .............................................. 48

4.4.1 Menentukan Nilai Kekakuan Spring..................................................... 48

4.4.2 Properti Material ................................................................................... 49

4.4.3 Permodelan SAP 2000 .......................................................................... 50

4.4.3.1 Pembebanan Tengah ..................................................................... 50

4.4.3.2 Pembebanan Samping ................................................................... 60

4.5 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan pada Ruas Jalan Surakarta-

Gemolong-Geyer (Bts.Kab Grobogan) ............................................................. 69

4.5.1 Evaluasi Nilai Momen dengan Analisis SAP 2000 .............................. 70

4.5.2 Evaluasi Tegangan pada Tanah Dasar dengan SAP-2000 .................... 71

4.5.3 Evaluasi Perbandingan Lendutan Perkerasan Kaku dengan Persamaan

Westergaard dan Program SAP 2000 ............................................................ 72

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 75

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 75

5.2 Saran ............................................................................................................ 76

PENUTUP ........................................................................................................... xix

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... xx

LAMPIRAN


xiii

Daftar Gambar

Gambar 2. 1 Lapisan Perkerasan Lentur ................................................................. 7

Gambar 2. 2 Bagian Struktur Perkerasan Kaku ...................................................... 9

Gambar 2. 3 Penampang Model Pembebanan Tengah ......................................... 14

Gambar 2. 4 Penampang Model Pembebanan Tepi .............................................. 14

Gambar 2. 5 Model Tumpuan Spring Pada Perkerasan Kaku .............................. 15

Gambar 2. 6 Konfigurasi Struktur Perkerasan Lentur ......................................... 18

Gambar 2. 7 Konfigurasi Struktur Perkerasan Kaku ........................................... 18

Gambar 2. 8 Konfigurasi Elemen SHELL oleh Surat (2011) ............................... 19

Gambar 2. 9 Geometri dan transisi meshing Elemen SHELL oleh Surat (2011) . 20

Gambar 3. 1 ruas jalan Surakarta – Gemolong – Geyer(Bts.Kab.Grobogan) ....... 21

Gambar 3. 2 Plotting kegiataan Peningkatan Jalan Surakarta - Gemolong - Geyer

(Bts. Kab. Grobogan) (sumber: DInas Bina Marga Jawa tengah) ........................ 22

Gambar 3. 3 Model SAP 2000 .............................................................................. 25

Gambar 3. 4 Layout Model Grid ........................................................................... 25

Gambar 3. 5 Bagan Alir Penelitian ....................................................................... 28

Gambar 4. 1 Tampak Atas Ruas Jalan Surakarta-Gemolong-Geyer

(Bts.Kab.Grobogan) .............................................................................................. 31

Gambar 4. 2 Paket Pekerjaan pemeliharaan dan peningkatan ruas jalan. ............. 32

Gambar 4. 3 Potongan melintang Desain Perkerasan Kaku ................................ 34

Gambar 4. 4 Potongan memanjang Desain Perkerasan Kaku ............................... 34

Gambar 4. 5 Design Axle Load Standard Axle Load = 80 KN = 8,16 ton ........... 35

Gambar 4. 6 Ekivalensi luas bidang kontak lingkaran .......................................... 36

Gambar 4. 7 Bidang Kontak beban roda ............................................................... 37

Gambar 4. 8 Hubungan antara CBR dan modulus reaksi tanah ............................ 38

Gambar 4. 9 Grafik Korelasi CBR dan DDT ........................................................ 40

Gambar 4. 10 Permodelan Pembebanan Tengah Pada Sap 2000.......................... 50

Gambar 4. 11 Diagram Momen Pembebanan tengah dengan SAP 2000 ............. 51

Gambar 4. 12 Permodelan Pembebanan Samping Pada Sap 2000 ....................... 60

Gambar 4. 13 Diagram Momen Perkerasan Kaku Pembebanan Samping dengan

SAP-2000 .............................................................................................................. 61


xiv

Daftar Tabel

Tabel 2. 1 Jangkauan Nilai Banding Poisson’s Ratio ........................................... 16

Tabel 3. 1 peningkatan ruas jalan Surakarta - Gemolong - Geyer (Bts. Kab.

Grobogan) ............................................................................................................. 22

Tabel 3. 2 sumber data sekunder ........................................................................... 23

Tabel 3. 3 Time Schedule...................................................................................... 30

Tabel 4. 1 Spesifikasi Rigid Pavement ................................................................. 33

Tabel 4. 2 Berat Jenis Tanah (Gs) ......................................................................... 37

Tabel 4. 3 Jangkauan Nilai Banding Poisson’s Ratio ........................................... 39

Tabel 4. 4 Data Umum Analisis Struktur Persamaan Westergaard ...................... 41

Tabel 4. 5 Data Umum Analisis Struktur Program SAP-2000 ............................. 42

Tabel 4. 6 Hubungan Nilai CBR dengan Kv......................................................... 43

Tabel 4. 7 Rekapitulasi Perhitungan Westergaard ................................................ 46

Tabel 4. 8 Perhitungan Kekakuan Spring ............................................................. 49

Tabel 4. 9 Tabel Nilai Tegangan Tanah Subgrade Perkerasan Kaku Variasi Nilai

CBR 2% dengan SAP-2000 .................................................................................. 52


CBR 3% dengan SAP-2000 .................................................................................. 53


CBR 4% dengan SAP-2000 .................................................................................. 54


CBR 5% dengan SAP-2000 .................................................................................. 55


CBR 6% dengan SAP-2000 .................................................................................. 56

Tabel 4. 14 Tabel Nilai Lendutan Perkerasan Kaku Variasi CBR 2% Sampai CBR

6% Pembebanan Tengah ....................................................................................... 58


CBR 2% dengan SAP-2000 .................................................................................. 62


CBR 3% dengan SAP-2000 .................................................................................. 63


xv


CBR 4% dengan SAP-2000 .................................................................................. 64


CBR 5% dengan SAP-2000 .................................................................................. 65


CBR 6% dengan SAP-2000 .................................................................................. 66

Tabel 4. 20 Tabel Nilai Lendutan Perkerasan Kaku Variasi CBR 2% Sampai

CBR 6 % Pembebanan Samping ........................................................................... 68

Tabel 4. 21 Perbandingan Nilai Momen Pembebanan Samping dan

Pembebanan Tengah ............................................................................................ 70

Tabel 4. 22 Nilai Tegangan Maksimal Untuk Pembebanan Samping dan

Pembebanan Tengah ............................................................................................. 71

Tabel 4. 23 Evaluasi Lendutan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar dengan

Persamaan Westergaard dan Program SAP 2000 ................................................. 72


xvi

Daftar Grafik

Grafik 4. 1 Hubungan Nilai CBR dengan Tegangan Tarik Pembebanan Tengah

dan Pembebanan Samping .................................................................................... 47

Grafik 4. 2 Hubungan Nilai CBR dengan Displacement pada Pembebanan Tengah

dan Pembebanan Samping .................................................................................... 47

Grafik 4. 3 Hubungan Nilai CBR dengan Tegangan Tanah pada Pembebanan

Tengah ................................................................................................................... 57

Grafik 4. 4 Pola Diagram Lendutan Perkerasan Kaku dengan SAP 2000 ............ 59

Grafik 4. 5 Hubungan Nilai CBR dengan Tegangan Tanah pada Pembebanan

Samping ................................................................................................................ 67

Grafik 4. 6 Pola Diagram Lendutan Perkerasan Kaku dengan SAP 2000 ............ 69

Grafik 4. 7 Hubungan Nilai CBR dengan Lendutan Pembebanan Tengah .......... 73

Grafik 4. 8 Hubungan Nilai CBR dengan Lendutan Pembebanan Samping ........ 73


xvii

DAFTAR NOTASI

BS : Beban Sumbu

CBR : California Bearing Ratio

E : Modulus Elastisitas

Es : Modulus Elastisitas Tanah

Ec : modulus Elastisitas Beton

ESAL : Equivalent Standart Axle Load

f’c : Kuat Tekan Karakteristik Beton

fs : Kuat Lentur Karakristik Beton

FEM : Fiinite Element Meth

Gs : Specific Grafity

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

LHRj : Lalu lintas harian rata-rata tiap jenis kendaraan

M : Massa Jenis

qu : Daya dukung Tanah Ultimit

SAP : Structure analysis Program

W : Berat Jenis

µ : Konstatanta Poison

g : Berat Isi Tanah

d : Lendutan


xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Desain Perkerasan Kaku

Lampiran B Hasil Analisis Perhitungan Westergaard

Lampiran C Hasil Analisis Perhitungan SAP 2000

Lampiran D Kelengkapan Berkas Skripsi

kajian pengaruh variasi nilai cbr tanah dasar …...kumpulan pegas (elastic spring) sedangkan...

Documents