View metadata, citation and similar papers at core.ac.uk brought to you by CORE provided by Sebelas Maret Institutional Repository PENERAPAN PAVEMENT TECHNOLOGY PADA PERKERASAN RUNWAY BANDARA ADI SUMARMO SOLO DENGAN TINJAUAN STRESS DAN STRAIN PADA WEARING COURSE TESIS Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Magister Program Studi Rehabilitasi dan Pemeliharaan Bangunan Oleh : ASTUTI KOOS WARDHANI NIM. S 940906008 UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA PROGRAM PASCA SARJANA MAGISTER TEKNIK SIPIL 2007 ABSTRAK Astuti Koos Wardhani, S940906008. 2008. Penggunaan Polymer Modified Bitumen Pada Runway Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta Untuk Memperpanjang Usia Layan Ditinjau Dari Stress dan Strain Pada Wearing Course . Tesis : Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta, sebagai bandara yang sedang berkembang menjadi salah satu bandara internasional, maka diperlukan analisa lebih lanjut untuk mencegah terjadinya kerusakan dini. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa perkerasan runway Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta ditinjau dari stress dan strain, dan membandingkannya dengan pemakaian Polymer Modified Bitumen. Sehingga didapatkan jenis perkerasan yang lebih durable dengan umur layan yang lebih lama. Penelitian ini merupakan studi kasus yang mengambil lokasi runway Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta . Data yang dipakai adalah data primer penelitian di Laboratorium Jalan Raya Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta dan Puslitbang Jalan Bandung. Pengumpulan data yang lain merupakan data skunder dari instansi terkait baik lisan maupun tulisan. Dari hasil analisa didukung dengan program BISAR, dihasilkan data horisontal stress dan strain,vertikal stress dan strain juga displacement pada lapis bawah wearing course dan titik kritis pada subgrade. Didapatkan hasil, dengan polymer modified bitumen dapat meningkatkan durabilitas dari runway Bandara Adi Sumarmo Surakarta dilihat dari hasil prediksi umur layan dengan metode kriteria lelah. Dengan demikian, penggunaan polymer modified bitumen dapat dijadikan alternatif pengganti pemakaian aspal ESSO. Kata kunci : stress, strain, polymer modified bitumen, umur layan, BISAR (Bitumen Stress Analysis in Road) Shell BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta telah lebih dari 20 tahun melayani rute penerbangan dengan sejarah fungsi yang berkembang dari mulai rute penerbangan lokal sampai dengan kondisi terakhir sebagai bandara internasional yang tidak hanya melayani rute penerbangan lokal tetapi juga rute internasional. Kondisi perkerasan pada suatu bandara adalah salah satu hal pokok yang perlu perhatian khusus agar mampu melayani penerbangan dengan standar keamanan dalam pelaksanaan maintenance dan operasional selama umur layannya. Di Indonesia dalam hal ini sebagai obyek penelitian yaitu Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta, sebagai bandara yang sedang berkembang menjadi salah satu bandara internasional dengan bertambahnya jumlah penerbangan internasional, yang mempunyai desain perkerasan dengan standar Boeing 737 dengan dominasi penerbangan jenis pesawat A320. Masalah yang pernah terjadi di beberapa bandara internasional antara lain : retak rambut yang terjadi di Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta, retak dan berlubang yang sering terjadi di bandara Polonia Medan akibat kelelahan pada wearing course (Anonim, Suara Merdeka, 2007), juga defleksi yang terjadi pada Kuala Lumpur International Airport (Hasim MS, 2003) . Untuk mengurangi kerusakan yang terjadi dibutuhkan beberapa pembaharuan dengan menerapkan pemakaian teknologi perkerasan pada Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta salah satunya dengan pemakaian polymer modified bitumen yang bertujuan agar lebih dapat memaksimalkan umur layan dan pelaksanaan maintenance sehingga didapatkan perkerasan yang lebih durable bila dibandingkan dengan mix design wearing course yang sudah ada dengan meninjau stress dan strain . Diharapkan dengan penerapan teknologi perkerasan polymer modified bitumen, Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta akan dapat melayani frekuensi lalu lintas penerbangan yang lebih tinggi dengan spesifikasi pesawat yang lebih besar dan kondisi kekuatan perkerasan tetap stabil. B. RUMUSAN MASALAH Sejauh manakah penggunaan polymer modified bitumen dapat meminimalkan nilai stress dan strain pada perkerasan runway Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta sehingga dapat meperpanjang umur layan. C. BATASAN MASALAH 1. Penelitian hanya meninjau stress dan strain dari wearing course. 2. Data-data subgrade dan base course merupakan data skunder 3. Penelitian untuk mendapatkan nilai kadar aspal optimum dilakukan di Laboratorium UNS dengan penggunaan gradasi wearing course runway Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta, bukan hasil corring lapangan. 4. Polymer Modified Bitumen yang digunakan berbasis elastomer produksi pabrikan. 5. Jenis pesawat yang digunakan dalam analisa adalah pesawat dengan frekuensi penerbangan paling banyak. 6. Stress dan strain yang diperhitungkan hanya pada roda sumbu utama 7. Faktor repetisi beban dalam hal ini tidak dihitung secara khusus. 8. Pengujian (Indirect Tensile Strength) ITS dan (Indirect Tensile Stiffness Modulus) ITSM dilakukan di Puslitbang Jalan, Bandung. D. TUJUAN PENELITIAN 1. Mengetahui stress dan strain penggunaan polymer modified bitumen. 2. Membandingkan karakter perkerasan ditinjau dari nilai stress dan strain yang dihasilkan oleh desain existing dengan desain menggunakan polymer modified bitumen. 3. Memberikan rekomendasi pemakaian bitumen yang mampu menahan beban yang ada di Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta. E. MANFAAT PENELITIAN 1. Alternatif yang baru untuk meningkatkan durabilitas perkerasan runway dengan penggunaaan polymer modified bitumen. 2. Penerapan teknologi desain perkerasan dengan metode mekanik pada runway Bandara Internasional Adi Sumarmo Surakarta. BAB II KAJIAN TEORI A. UMUM Kondisi sebagian besar runway di bandara-bandara seluruh dunia hampir dalam kondisi baik. Tetapi tidak dalam kurun waktu lebih dari 10 tahun selama masa layannya yang berarti sebelum kurun waktu 10 tahun maka diperlukan rehabilitasi pada perkerasan runway. Salah satunya dengan menambahkan zat additive sebagai bahan perkuatan pada perkerasan pada saat overlay dilakukan. Zat additive tersebut selain dapat meningkatkan durabilitas atau ketahanan juga dapat memaksimalkan usia layan (service life) selama waktu operasionalnya dan menekan frekuensi pemeliharaan. Untuk mengopimalkan efektifitas biaya dari modifikasi bitumen maka juga diperlukan agregat dengan kualitas yang baik agar labih kuat terhadap akibat kelelahan dan deformasi. Dalam ilmu mekanika, terdapat hubungan yang sangat pokok antara tegangan (stress) dan regangan (strain) pada saat beban bekerja pada suatu material bangunan. Kegagalan /kelelahan suatu konstruksi dapat didefinisikan sebagai saat dimana suatu benda mulai retak ketika benda tersebut diberikan beban atau diberikan tekanan secara fluktuatif karena beban yang bekerja lebih besar dari kemampuannya untuk menahan beban dengan berat tertentu. Sedangakan besarnya regangan (strain) tergantung pada keseluruhan kekakuan dan sifat asli dari konstruksi perkerasan itu sendiri. B. TINJAUAN PUSTAKA Alasan pengguanaan modified bitumen adalah untuk meningkatkan ketahanan aspal terhadap deformasi permanen pada saat temperatur tinggi tanpa mempengaruhi sifat lain dari bitumen pada temperatur yang berbeda. Meningkatkan stiffness pada bitumen sama halnya meningkatkan dynamic stiffness pada campuran aspal, hal ini dapat meningkatkan kemampuan penyaluran beban pada material dan meningkatkan kekuatan struktur serta umur rencana yang diharapkan dari suatu perkerasan. Dengan kata lain memungkinkan untuk dapat menghasilkan kekuatan struktur yang sama tetapi dengan tebal lapisan yang lebih tipis. Dengan meningkatkan elastisitas komponen dari bitumen dapat meningkatkan flexibilitas dari aspal tehadap beban tarik yang bekerja. (Whiteoak,1990) Hubungan pokok antara tegangan (stress) dan regangan (strain) ditunjukkan dengan modulus elastisitas atau modulus Young. Modulus elastisitas bukan untuk mengukur kekuatan (strength). Strength adalah tegangan (stress) yang dibutuhkan sampai dengan material tersebut hancur. Sedangkan elastisitas adalah kemampuan material untuk dapat kembali ke bentuk aslinya, walaupun modulus elastisitas menunjukkan kekakuan material dan memungkinkan pembuktian indikasi dari kualitas atau kondisi material. Konsep modulus elastisitas dapat digunakan sebagai alat untuk menggambarkan sifat mekanis dari material visco-elastis seperti aspal. Pada dasarnya, konsep ini mendasarkan pada hubungan antara tegangan dan regangan , yakni apabila pada sebuah benda dikenakan tegangan tarik maka pada benda tersebut akan timbul regangan untuk merespon energi yang diberikan. Pada kasus benda yang memilliki elastisitas tinggi. Benda akan berada pada bentuk semula ketika tegangan dihilangkan maka. Pada material visco-elastis, bagian viscos menyebabkan aspal tidak dapat kembali ke posisi semula. Gambar 2.1 menunjukkan ilustrasi respon regangan pada aspal ketika diberikan tegangan beban statis. Gambar 2.1. Hubungan tegangan-regangan material visco-elastis pada pembebanan statis (Whiteoak,1990) Ketika beban statis dikenakan pada material visco-elastis, maka pada saat itu juga timbul regangan. Regangan ini merupakan respon bagian elastik material (bagian vertikal kurva regangan). Regangan terus bertambah seiring waktu pembebanan dan tidak proporsional terhadap besar beban dan waktu. Bagian regangan ini merupakan bagian sifat viscous dari material aspal terhadap beban. Ketika beban statis dihilangkan beberapa saat maka akan terjadi pengerutan kembali ke keadaan semula. Sifat elastis material akan mengakibatkan pengerutan seketika, sedang sifat viscos material memberikan pengerutan yang merupakan fungsi waktu dan dinamakan delayed elastic. Disamping itu sifat viscos material akan memberikan permanent deformation, artinya material visco-elastis tidak dapat kembali pada keadaan semula sejalan dengan waktu. Gambar 2.2. Hubungan tegangan regangan material visco-elastis pada pembebanan dinamis (Whiteoak, 1990) Pada pembebanan dinamis (sebagian besar kasus perkerasan) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2, instanteneous (pengerutan seketika) tidak dapat dibedakan dengan delayed elastic, karena beban bukan merupakan fungsi diskrit terhadap waktu, melainkan kontinu meningkat lalu menurun. Namun demikian, pada ujung akhir dari respon material akan tetap didapati permanent deformation yang disebabkan oleh sifat viscos material. Pada beban tunggal, besarnya deformasi permanen ini sangatlah kecil. Namun repetisi jutaan beban mengakibatkan akumulasi deformasi yang dapat diamati secara visual. Sesuai dengan sifat visco-elastis, besarnya deformasi akan semakin meningkat seiring dengan naiknya temperatur dan lamanya pembebanan. Pengukuran dengan Indirect tensile test digunakan untuk mengetahui nilai regangan dari material perkerasan dimana terdapat beberapa keuntungan, yaitu : (Kenedy, 1977) a. Relatif sederhana untuk digunakan. b. Tipe benda uji dan peralatannya sama dengan yang digunakan oleh alat pengujian yang lain, dengan menggunakan benda uji berbentuk silinder. c. Kegagalan tidak begitu dipengaruhi oleh kondisi permukaan tetapi dikenakan pada daerah tegangan tarik secara relatif seragam. d. Test ini dapat digunakan dengan beban statis ataupun juga beban berulang, dan menghasilkan data-data sebagai berikut : e. Kuat tarik (tensile stregth), modulus elastisitas, poisson ratio baik untuk beban statis maupun beban berulang. f. Karakteristik kegagalan g. Karakteristik permanen deformasi dari material perkerasan. Penelitian tentang efek tipe bitumen pen 50/70 dan SBS (Styrene-Butadine- Styrene) 50/70 terhadap ketahanan wearing course (Corte dkk,1993), dihasilkan bitumen SBS 50/70 mempunyai rutting resistance yang lebih tinggi daripada aspal murni pen 50/70. SBS dan EVA (Ethylene-Vinyl-Acetate) digunakan pula untuk meningkatkan sifat tahan terhadap fatigue dan deformasi dari HRA (Hot Rolled Asphalt) pada campuran wearing course. Dari hasil penelitiannya, dengan penambahan polymer ini menunjukkan nilai softening point yang tinggi dan menurunkan nilai penetrasi (Napiah, 1993). Saat ini sudah diterapkan beberapa modifikasi bitumen digunakan pada perkerasan bandara salah satunya di Malaysia pada runway menggunakan EMA (Ethyl