PENGEMBANGAN PENDEKATAN SIMULASI DAN LABORATORIUM TERHADAP KONDISI BONDING

ANTAR LAPIS PERKERASAN BERASPAL

DISERTASI

Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dari

Institut Teknologi Bandung

Oleh

ERI SUSANTO HARIYADI NIM : 35002006

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

PENGEMBANGAN PENDEKATAN SIMULASI DAN LABORATORIUM TERHADAP KONDISI BONDING ANTAR

LAPIS PERKERASAN BERASPAL

Oleh

Eri Susanto Hariyadi

350 02 006

Tim Pembimbing

Prof. Ir. Bambang Ismanto Siswosoebrotho, MSc. PhD

Prof. DR. Ir. Bambang Sugeng Subagio, DEA

DR. Ir. Djunaedi Kosasih, MSc.

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

RIWAYAT HIDUP PENULIS

ii

ABSTRAK

PENGEMBANGAN PENDEKATAN SIMULASI DAN LABORATORIUM TERHADAP KONDISI BONDING

ANTAR LAPIS PERKERASAN BERASPAL

Oleh Eri Susanto Hariyadi

NIM : 35002006

Kondisi bonding antar lapisan beraspal dapat mempengaruhi prilaku struktur perkerasan secara keseluruhan dalam memikul beban kendaraan. Bonding yang kuat akan menyebabkan dua lapisan beraspal yang berdekatan saling bekerja sama dalam memikul beban. Sebaliknya, bonding yang lemah akan menyebabkan lapisan beraspal bekerja sendiri-sendiri, sehingga tegangan yang dipikul lapisan perkerasan akan menjadi lebih besar, dan konsekwensinya akan mengurangi usia perkerasan. Tujuan utama dari penelitian ini adalah mengembangkan metode untuk mengkuantifikasi kondisi daya lekat antar lapis perkerasan beraspal dengan suatu parameter tertentu. Penelitian ini mencakup penyelidikan kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal dengan menggunakan pendekatan simulasi teoritis dan percobaan di laboratorium. Review yang menyeluruh dari penelitian sebelumnya dilakukan secara lengkap sebagai dasar kajian dalam pengembangan metode untuk mengevaluasi kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal. Dalam pendekatan simulasi, metode elemen hingga dan bantuan program komputer SAP2000 digunakan untuk menganalisis struktur perkerasan teoritis dengan mengeksplorasi kondisi daya lekat antar lapis wearing course dan binder course. Program komputer M-ESH Generation sebagai user interface SAP2000 ini dikembangkan untuk memudahkan dalam menghasilkan model elemen hingga untuk struktur perkerasan jalan yang berlapis-lapis. Analisis struktur yang dihasilkan oleh program ini kemudian dibandingkan dengan program CIRCLY 5 untuk memvalidasi nilai respons struktur yang dihasilkan. Hasilnya adalah terdapat kecocokan nilai respons struktur antara program SAP2000 dengan program CIRCLY yang memang khusus dirancang untuk struktur perkerasan jalan. Pada pemodelan struktur perkerasan dengan metode elemen hingga, model aksisimetris dapat digunakan dalam analisisnya. Penggunaan lapis tipis (thin layer) dengan baik dapat merepresentasikan suatu interface dengan kondisi daya lekat tertentu. Modulus dari thin layer ini menjadi suatu parameter kondisi daya lekat antar lapis perkerasan beraspal. Pada kondisi full bonding modulus thin layer mempunyai nilai sama dengan salah satu modulus lapisan beraspal diantaranya. Sedangkan dalam kondisi partial bonding makin kecil modulus thin layer maka kondisi bonding mendekati kondisi sangat licin

iii

(smooth) dan makin besar modulus thin layer maka kondisi bonding mendekati kondisi sangat kasar (rough). Parameter modulus thin layer ini dapat dipakai untuk mendesain tebal perkerasan dengan melibatkan faktor bonding. Makin lemah kondisi bonding antar lapisan beraspal maka makin tebal lapisan yang diperlukan. Pembuktian dengan pendekatan simulasi ini juga menunjukkan bahwa diperkenalkannya suatu faktor yang menjadi salah satu penyebab kerusakan dini pada struktur perkerasan yang terkait dalam perencanaan tebal perkerasan adalah asumsi kondisi bonding yang dipilih pada saat desain tebal perkerasannya. Dalam pendekatan laboratorium terhadap kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal terdapat dua program yang terkait yaitu pengembangan alat Direct Shear Test yang dapat menguji kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal dan pengujian Direct Shear sendiri yang melibatkan sampel yang seluruhnya dan sebagian dibuat di laboratorium serta hasil coring di lapangan dengan tiga variasi temperatur pengujian dan tingkat beban normal tertentu. Alat Direct Shear Test dikembangkan dari model Direct Shear Test pada Mekanika Tanah. Pengembangan terutama diarahkan pada bagian kotak gesernya dan penambahan sistem pembebanan agar dapat merepresentasikan tekanan ban kendaraan di lapangan. Prosedur standar dari pengujian Direct Shear pada lapis perkerasan beraspal juga dikembangkan dengan mengacu kepada standar ASTM D 5607. Pada program Pengujian Direct Shear Test, sampel yang dibuat dilaboratorium menggunakan campuran aspal beton AC-WC dan AC-BC sedangkan sampel coring lapangan diambil pada ruas jalan Palimanan-Jatibarang pada KM 29 sampai dengan KM 32 bersama Puslitbang Jalan dan Jembatan Departemen Pekerjaan Umum. Tegangan geser dan displacement diukur selama pengujian dan diplotkan kedalam kurva Shear Stress dan Displacement. Jejak-jejak kurva yang dihasilkan diprediksi persamaan kurvanya dengan regresi polinomial untuk menghitung dua parameter kondisi daya lekat (bonding) antar lapis perkerasan beraspal yaitu Bond Stiffness dan Bond Strength. Evaluasi nilai Bond Stiffness dan Bond Strength pada sampel yang seluruhnya dibuat di laboratorium (fully fabricated) yang dihasilkan oleh pengujian Direct Shear ini, dengan pendekatan ANOVA didapat faktor yang berpengaruh pada nilai Bond Strength adalah faktor temperatur. Evaluasi nilai Bond Stiffness dan Bond Strength pada sampel yang sebagian dibuat di laboratorium (partially fabricated) yang dihasilkan oleh pengujian Direct Shear ini, menunjukkan kecenderungan bahwa penambahan kadar tack coat yang berlebihan akan menurunkan nilai Bond Stiffness dan Bond Strength. Selain itu terlihat bahwa pemberian kadar tackcoat 0,3 ltr/m2 sampai dengan 0,4 ltr/m2 akan menghasilkan nilai Bond Stiffness dan Bond Strength yang maksimum pada tiga temperatur yang berbeda, 28oC, 40oC dan 60oC dan kedua parameter bonding akan cenderung menurun pada peningkatan temperatur tersebut.

iv

Dari semua data nilai Bond Stiffness dan Bond Strength hasil Direct Shear Test pada penelitian ini terdapat rentang nilai kedua parameter tersebut yang menunjukkan kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal. Untuk rentang Bond Stiffness hasil pengujian Direct Shear, yaitu terdapat dua jenis kondisi bonding menggunakan parameter Bond Stiffness, yaitu : partial bonding kurang dari 1.060 MPa/m dan full bonding lebih dari 1.060 MPa/m. Untuk kondisi partial bonding terdapat kondisi weak bonding kurang dari 405 MPa/m, kondisi medium bonding antara 405 MPa/m dan 620 MPa/m dan strong bonding antara 620 dan 1.060 MPa/m. Untuk rentang Bond Stiffness hasil pengujian Direct Shear, yaitu terdapat dua jenis kondisi bonding menggunakan parameter Bond Strength, yaitu : partial bonding kurang dari 1,7 MPa dan full bonding lebih dari 1,7 MPa. Untuk kondisi partial bonding terdapat kondisi weak bonding kurang dari 0,7 MPa, kondisi medium bonding antara 0,7 dan 1,2 MPa dan strong bonding antara 1,2 dan 1,7 MPa. Kurva shear stress-displacement yang ditentukan dengan pengujian ini digunakan untuk menurunkan model makroskopis dari kondisi daya lekat antar lapis perkerasan beraspal. Model makroskopis ini yang diturunkan dari kurva tipikal shear stress-displacement terdiri dari dua segmen (segmen awal dan segmen lanjutan ) dan tiga titik kritis yang merupakan titik awal dan akhir kedua segmen tersebut. Parameter Bond Stiffness ditentukan pada segmen lanjutan pada kurva ini dengan pergeseran kurang dari 1 mm sedangkan Bond Strength ditentukan pada titik kritis yang ketiga. Dari studi ini setidaknya terdapat tiga aspek yang memberikan kontribusi pengetahuan terutama dalam kajian pavement bonding. Yang pertama adalah diperkenalkannya modulus thin layer sebagai parameter teoritis dari kondisi bonding antar lapis perkerasan beaspal serta model elemen hingga struktur perkerasan lentur, yang kedua adalah alat Direct Shear Test untuk menguji kondisi bonding baik dari sampel laboratorium dan coring lapangan dan yang ketiga adalah rentang nilai Bond Stiffness dan Bond Strength yang menunjukkan kondisi daya lekat antar lapis perkerasan beraspal sebagai specification limit untuk kedua parameter tersebut sebagai guidance dalam melakukan assessment terhadap kondisi bonding antar lapis perkerasan beraspal.

v

ABSTRACT

THE DEVELOPMENT OF SIMULATION AND LABORATORY APPROACH ON BONDING CONDITION

BETWEEN ASPHALT PAVEMENT LAYER

by Eri Susanto Hariyadi

NIM : 35002006

The condition of bonding between asphalt pavement layer can influence the behaviour of pavement structure in supporting vehicle loading. In strong bonding condition, the adjacent pavement layers will act together to support pavement loading and the other way in weak bonding condition the layers will act independently with the result that stress in every layer of pavement become higher and will decrease pavement life consequently. The objective of this research is to develop the method to quantifying bonding condition between asphalt pavement layers using the certain parameters. The scope of this research is investigating bonding condition between asphalt pavement layers using theoretical simulation and laboratory approach. The comprehensive reviews of previous researchs are applied as a basis for developing method to evaluate bonding condition between asphalt pavmenet layers. In simulation approach, finite elemen method using SAP2000 computer program was carried out to analyze theoretical pavement structure and exploring bonding condition between wearing course and binder course. M-ESH Generation computer program was developed as SAP2000 user interface to make easy for creating finite element model for layered pavement structure. The structure analysis results which were resulted by this program were compared with CIRCLY 5 program to validate the sructural reponses. The results show that the rstructural responses have a good agreement between SAP2000 and CIRCLY5 which especially designed for pavement structural analysis. In modeling pavement structure using finite element method, axisymetric model can be used for their structural analysis. Applying thin layer in representing the interface with a bonding condition was a good application. This modulus of thin layer can be used as parameter for bonding condition between asphalt pavement layers. In full bonding condition, thin layer modulus has the same value with modulus of adjacent layers. In partial bonding condition, the decreasing of thin layer modulus will lead bonding condition approaching the smooth condition and increasing thin layer modulus will lead bonding condition approaching rough condition. This parameter of thin layer modulus can be used for designing pavement layer thickness involving bonding condition. If the bonding condition become weak then the required thickness of pavement layer become higher. This simulation

vi

approach also show that the new factor can be introduced for factor which can cause early pavement damage in related to the design of pavement thickness is assumption of bonding condition. In laboratory approach, there are two programs which be conducted. The first was development of Direct Shear Test apparatus to measure bonding condition between asphalt pavement layer and the second was experimental program using this apparatus involving fully fabricated samples, partially fabricated samples and field coring samples with three temperature variation on certain normal load condition. This apparatus was developed from Direct Shear apparatus in Soil Mechanics. The modification was applied to shear box and normal load to represent vehicle wheel loading. Standard testing procedure for Direct Shear Test was developed refer to ASTM D5607. In laboratory experimental program, samples were fabricated in laboratorium using Asphaltic Concrete specification, AC-WC and AC-BC type. Field coring samples were taken out from Palimanan-Jatibarang Roads KM29-KM32 together with Puslitbang Jalan dan Jembatan Ministry of Public Works. Shear Stress and displacement were measured and to plotted in Shear Stress-Displacement curves. The obtained curve traces were predicted to create shear stress displacement curve using polynomial regression to determine bonding condition parameters, namely Bond Stiffness and Bond Strength. The evaluation of Bond Strength from fully fabricated samples Direct Shear Test using ANOVA show that temperature factor was the most influence factors in Bond Strength values. The evaluation of Bond Stiffness and Bond Strength value from partially fabricated samples Direct Shear Test show that the excessive application of tack coat will lead the decreasing of Bond Stiffness and Bond Strength values. The applying of 0,3 ltr/m2 until 0,4 ltr/m2 tackcoat will lead the maximum of Bond Stiffness and Bond Strength in three different temperature, 28oC, 40oC and 60oC and both parameters are tend to be decreased on increasing those temperatures. From the laboratory experiment using Direct Shear Test can be generated the range of bonding parameters which representing bonding condition between asphalt pavement layers. The range of Bond Stiffness from laboratory test was partial bonding less than 1.060 Mpa/m and full bonding more than 1.060 MPa/m. For partial bonding, there were weak bonding less than 405 Mpa/m, medium bonding between 405 MPa/m and 620 MPa/m, and strong bonding between 620 and 1.060 MPa/m. The range of Bond Strength from laboratory test was partial bonding less than 1,7 MPa and full bonding more than 1,7 MPa. For partial bonding, there were weak bonding less than 0,7 MPa, medium bonding between 0,7 MPa and 1,2 MPa, and strong bonding between 1,2 and 1,7 MPa. All shear stress-displacement curves which were produced by this laboratory experiments, were used to generate macroscopic model of bonding condition between

vii

pavement layers. This macroscopic model consist of two segments (initial and advanced segments) and three critical points. Parameter of Bond Stiffness was determined on advanced segment in this curve which have displacement less than 1 mm, whereas Bond Strength was determined on the third critical point. From this study there were at least three aspects which contribute to knowledge area especially in pavement bonding topics. The first was introducing of thin layer modulus as theoretical paramater for bonding condition and its finite element pavement model. Secondly, Direct Shear Test apparatus to measure bonding condition between pavement layers in laboratorium. The third, the range of Bond Stiffness and Bond Strength as a result from laboratory experiment which representing bonding condition between pavement layer. These range can be used for specification limits as guidance for bonding assessment between asphalt pavement layers.

xi

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis ingin menyampaikan apresiasi yang sangat mendalam kepada Prof. Ir.

Bambang Ismanto Siswosoebrotho, MSc. PhD. selaku Promotor atas dukungan yang

sepenuhnya dalam penyelesaian studi jenjang Doktor ini. He gave me freedom and

fully support to develop my confidence, potential and independent ideas. Tanpa

dukungan dan fully endorsement dari beliau mustahil studi Doktoral ini dapat

diselesaikan.

Terima kasih yang sangat mendalam dari lubuk hati yang paling dalam atas segala

dedikasi dan pengabdian yang tak kunjung henti Prof. DR. Ir. Bambang Sugeng

Subagio, DEA dan DR. Ir. Djunaedi Kosasih MSc. selaku tim pembimbing yang turut

memberikan saran, bimbingan dan nasehat yang sangat berharga selama studi,

penelitian dan penulisan disertasi ini.

Juga penulis ucapkan terima kasih yang mendalam kepada DR. Ir. Ilyas Suratman,

CES. DEA; DR. Ir. Ade Sjafruddin, MSc.; DR. Ir. Rudy Hermawan Karsaman, MSc.;

DR. Ir. Furqon Affandi, MSc.; dan DR. Ir. Siegfried, MSc. sebagai tim penguji dan

reviewer yang telah memberikan masukan yang sangat berharga buat penulis dalam

penyelesaian studi doktoral ini.

Penelitian ini didukung oleh Puslitbang Jalan dan Jembatan Departemen Pekerjaan

Umum. Terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang membantu

penelitian ini antara lain : Ir. Nono, MSc; Ir. Neni Kusnianti, MT.; DR. Ir. R. Anwar

Yamin, MSc.; Yusep dkk. atas semua bantuan sarana dan prasarana terutama selama

penelitian laboratorium ini. Terima kasih disampaikan juga kepada Departemen

Pendidikan dan Kebudayaan atas bantuan Beasiswa Pendidikan Pasca Sarjana

(BPPS) yang diterima dalam kurun awal pendidikan program Doktor ini.

xii

Terima kasih yang sangat mendalam kepada kedua orang tua dan mertua penulis,

anak-anak tercinta Aufi-Aufa-Azka serta seluruh keluarga dan handai taulan atas

dukungan, motivasi dan pengorbanan yang tiada henti yang semuanya tidak cukup

dinyatakan dengan kata-kata.

Terakhir, my most heartfelt thanks penulis persembahkan kepada ‘mutiara bersinar’,

istri penulis Wirdyaningsih, S.H. M.H. atas cinta, kesabaran dan pengorbanannya.

Bearing the toughest of burdens with courage and strength, it is your love that

sustains me.

xiii

DAFTAR ISI

ABSTRAK ....................................................................................................... ii

ABSTRACT ..................................................................................................... v

LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................ viii

LEMBAR PERSEMBAHAN ......................................................................... ix

PEDOMAN PENGGUNAAN DISERTASI ................................................... x

UCAPAN TERIMA KASIH ........................................................................... xi

DAFTAR ISI ................................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xvi

DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI ....................................................... xvii

DAFTAR TABEL ........................................................................................... xxi

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG .................................................. xxiii

Bab I Pendahuluan .................................................................................... 1

I.1 Latar Belakang Permasalahan .......................................................... 1

I.2 Pernyataan Masalah .......................................................................... 2

I.3 Ruang Lingkup Penelitian ................................................................ 3

I.4 Tujuan Penelitian .............................................................................. 4

I.5 Metodologi Penelitian ....................................................................... 4

I.6 Sistematika Disertasi ........................................................................ 5

Bab II Tinjauan Pustaka ............................................................................ 9

II.1 Kondisi Bonding Antar Lapis Perkerasan ........................................ 9

II.2 Model Matematis Bonding .............................................................. 12

II.3 Bond Strength dan Bond Stiffness .................................................. 15

II.4 Modulus Tangen dan Modulus Sekan ……………………………. 17

II.5 Pengaruh Kondisi Bonding Antar Lapis Perkerasan Terhadap

Kinerja Perkerasan ………………………………………………… 20

II.6 Pengujian Laboratorium Kondisi Bonding ....................................... 26

II.7 Model Elemen Hingga Struktur Perkerasan ..................................... 34

xiv

Bab III Pendekatan Simulasi Terhadap Kondisi Bonding Antar

Lapis Perkerasan Beraspal ............................................................. 39

III.1 Metoda Elemen Hingga pada Analisis Struktur Perkerasan ...... 39

III.2 Pemodelan Elemen Hingga Menggunakan Program SAP2000 ...... 40

III.3 Program M-ESH Generation ........................................................... 44

III.4 Identifikasi adanya kondisi bonding secara teoritis........................... 46

III.5 Investigasi regangan tarik kritis pada lapisan beraspal dengan suatu

variasi modulus thin layer................................................................ 52

III.6 Investigasi regangan kritis pada lapisan beraspal dengan variasi

ketebalan lapis wearing coarse............................................. .............. 55

III.7 Pengaruh kondisi bonding terhadap Desain Tebal Perkerasan .......... 61

Bab IV Persiapan Pengujian Laboratorium Untuk Mengukur Kondisi

Bonding Antar Lapis Perkerasan ...................................................... 66

IV.1 Rencana Pelaksanaan ................. ...................................................... 66

IV.2 Pengujian Karakteristik Agregat ....................................................... 66

IV.3 Pengujian Karakteristik Aspal Minyak (AC 60/70)........................... 67

IV.4 Pengujian Aspal Cutback MC-800 ................................................... 68

IV.5 Pengujian Aspal Emulsi CSS-1 …………………………………… 69

IV.6 Gradasi Agregat …………………………………………………... 69

IV.7 Perencanaan Campuran Beton Aspal AC-WC dan AC-BC ............ 71

IV.8 Persiapan Sampel Pengujian Direct Shear ………………………... 75

IV.9 Pengembangan Alat Direct Shear Test ........................................... 76

IV.10 Pengambilan Sampel Di Lapangan ................................................. 78

Bab V Hasil dan Analisis Pengujian Direct Shear Test ……………..…… 80

V.1 Hasil Pengujian Terhadap Sampel Yang Dibuat Di Laboratorium 80

V.2 Faktor yang paling berpengaruh terhadap nilai Bond Strength………. 87

V.2.1 Analisis Korelasi dan Analisis Varians………………….......... 88

V.2.2 Analisis Varians pada percobaan multifaktor ........................... 90

V.2.3 Perhitungan ANOVA untuk Bond Strength............................. 95

xv

V.3 Hasil Pengujian Terhadap Sampel Kombinasi dari Lapangan

dan Laboratorium ………………………………………………….. 100

V.4 Analisis Internal Friction pada Interface Antar Lapis Perkerasan

Beraspal ……………………………………………………..……... 103

V.5 Rentang Nilai Bond Stiffness dan Bond Strength ………………… 105

Bab VI Model Makroskopis Bonding Antar Lapis Perkerasan Beraspal

Hasil Percobaan Direct Shear Test ……………………………….. 110

VI.1 Pengertian Model Makroskopis Bonding Antar Lapis Perkerasan

Beraspal…............................................................................................. 110

VI.2 Kurva Shear Stress-Displacement ………………………………... 111

VI.3 Model Makroskopis Bonding dan Parameternya ………………… 116

VI.4 Verifikasi Nilai Bond Stiffness dengan Pendekatan Elemen Hingga

menggunakan Program SAP2000 ………………………………… 120

VI.5 Analisis kondisi bonding hasil laboratorium dan hubungannya dengan

Kondisi bonding hasil analitis........................................................... 124

Bab VII Kesimpulan, Kontribusi Penelitian dan Rekomendasi…………… 127

VII.1 Kesimpulan ………………………………………………………. 127

VII.2 Kontribusi Penelitian.....…………………………………………….. 130

VII.3 Rekomendasi ……………………………………………………….. 132

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………….. 134

LAMPIRAN ................................................................................................. 139

RIWAYAT HIDUP ..................................................................................... 258

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Kurva Shear Stress Displacement……………………… 139

LAMPIRAN B Prosedur Pengujian Direct Shear Test ………………… 240

LAMPIRAN C Foto-foto Sampel Coring Lapangan …………………… 246

LAMPIRAN D Hasil Pengujian Marshal Spesifikasi ACWC & ACBC. 248

LAMPIRAN E Sertifikat Kalibrasi Proving Ring ................................... 254

LAMPIRAN F Hasil Pengujian UMATTA ............................................. 256

xvii

DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI

Gambar I.1 Bagan Alir Penelitian ............................................................ 7

Gambar I.2 Bagan Alir Pemodelan Elemen Hingga Percobaan Direct Shear.. 8

Gambar II.1 Model Makroskopis dari Interface Antar Lapis Perkerasan

Beraspal ..................................................................................... 14

Gambar II.2 Kasus Shear Stress ................................................................... 15

Gambar II.3 Elemen Interface ....................................................................... 16

Gambar II.4 Kurva Hubungan Shear Stress dengan Bonding Stiffness ....... 17

Gambar II.5 Modulus Tangen dan Modulus Sekan ....................................... 18

Gambar II.6 Contoh Perhitungan Modulus Tangen dan Modulus Sekan ...... 19

Gambar II.7 Grafik Tipikal Shear Stress-Displacement menggunakan Leutner

Test ............................................................................................. 19

Gambar II.8 Regangan Horizontal pada sumbu roda tunggal DC-9................ 21

Gambar II.9 Pola Permulaan Retak dan Penyebarannya yang dimulai dari bagian

Bawah perkerasan ......................................................................... 23

Gambar II.10 Pola Permulaan retak dan Penyebarannya yang dimulai dari

Permukaan perkerasan ..................................................................... 23

Gambar II.11 Fatigue dan Serviceability Life untuk kondisi interface yang

Berbeda ........................................................................................ 26

Gambar II.12 Cetakan Direct Shear yang dimasukkan ke SST....................... 27

Gambar II.13 Hasil pengujian SST tipikal ......................................................... 27

Gambar II.14 Alat Direct Shear Test …………………………………………. 28

Gambar II.15 Alat Leutner Shear Test ………………………………………… 29

Gambar II.16 Diagram skematik dari Leutner Shear Test yang dimodifikasi..... 30

Gambar II.17 Direct Shear Test untuk AC dan Emulsified Asphalt ...................... 31

Gambar II.18 Kurva Tegangan Geser untuk variasi kadar tack coat Aspal Cair 31

Gambar II.18a Alat Direct Shear Test ………………………………………….. 32

Gambar II.19 Direct Shear Test ASTRA ……………………………………… 33

Gambar II.20 Alat LPDS ………………………………………………………. 34

xviii

Gambar II.21 Model Axisimetric Struktur Perkerasan ........................................ 35

Gambar II.22 Struktur Perkerasan Lentur dan Propertinya ................................. 35

Gambar II.23 Meshing Elemen Hingga dari Struktur Perkerasan yang Ditinjau 36

Gambar II.24 Mesh I (kiri) dan Mesh II (kanan) ................................................ 37

Gambar II.25 Model SOLID dari Struktur Perkerasan ....................................... 38

Gambar III.1 Elemen ASOLID ......................................................................... 41

Gambar III.2 Geometri Struktur Perkerasan Teoritis ........................................ 41

Gambar III.3 Bentuk Meshing Elemen Hingga ................................................. 43

Gambar III.4 Tampilan Utama Program M-ESH Generation ........................... 45

Gambar III.5 Perbandingan Output Program SAP2000 dan CIRCLY5 ............. 46

Gambar III.6 Tegangan horizontal hasil Program CIRCLY 5................................ 47

Gambar III.7 Tegangan Horizontal pada berbagai variasi modulus thin layer

Hasil Program SAP2000.................................................................. 49

Gambar III.8 Tegangan horizontal hasil Program SAP2000 ............................... 50

Gambar III.9 Nilai tegangan horizontal hasil program CIRCLY 5 dan SAP2000

Pada Modulus Thin layer 1 MPa dan 10 MPa ………………… 51

Gambar III.10 Parameter Perancangan perkerasan lentur …………………….. 52

Gambar III.11 Perilaku Horizontal Strain hasil Program SAP2000 .................... 54

Gambar III.12 Struktur perkerasan teoritis dengan lokasi regangan yang ditinjau.. 55

Gambar III.13 Perilaku horizontal strain pada kondisi full bonding dan smooth .... 57

Gambar III.14 Perilaku horizontal strain pada dua kondisi partial bonding........... 59

Gambar III.15 Perilaku vertical strain pada variasi kondisi bonding dan ketebalan

wearing course hasil program SAP2000 dan CIRCLY 5. ……….. 60

Gambar III..16 Detail Struktur Perkerasan untuk perhitungan tebal perkerasan …. 62

Gambar III.17 Nilai Nijin untuk kondisi partial bonding dengan variasi ketebalan

wearing course ............................................................................... 63

Gambar III.18 Ketebalan wearing course untuk setiap kondisi partial bonding … 64

Gambar IV.1 Rencana Gradasi Aggregat untuk AC-WC ................................ 69

Gambar IV.2 Rencana Gradasi Aggregat untuk AC-BC ................................ 69

Gambar IV.3 Grafik Penentuan kadar Aspal Optimum untuk AC-WC ........ 72

xix

Gambar IV.4 Grafik Penentuan kadar Aspal Optimum untuk AC-BC ........ 73

Gambar IV 5 Mold Sampel WTT yang sudah dimodifikasi ........................... 74

Gambar IV.6 Sampel Pengujian Direct Shear ................................................ 75

Gambar IV.7 Alat Direct Shear Test .............................................................. 76

Gambar IV.8 Modifikasi Shear Box ……………………………………….. 76

Gambar IV.9 Gambar Skematik Ruas jalan Jatibarang-Palimanan

KM 29.00 -33.00 ……………………………………………. 77

Gambar V.1 Kurva Shear Strress-Displacement …………………………… 80

Gambar V.2 Grafik Nilai Bond Strength pada Lapis (AC-WC)+(AC-WC)... 83

Gambar V.3 Grafik Nilai Bond Stiffness pada Lapis (AC-WC)+(AC-BC). 83

Gambar V.4 Grafik Nilai Bond Stiffness hasil Pengujian Direct Shear …….. 85

Gambar V.5 Diagram Pencar untuk korelasi nilai nol ..................................... 89

Gambar V.6 Pengertian interaksi antar dua faktor ........................................... 91

Gambar V.7 Distribusi F untuk α’ lebih besar dari (1-α) …………………….. 94

Gambar V.8 Skematik Sampel Pengujian ……………………………………… 100

Gambar V.9 Sampel Blok yang sudah dipotong sisi-sinya …………………….. 100

Gambar V.10 Pegaruh kadar tack coat terhadap Bond Stiffness ........................... 102

Gambar V.11 Pegaruh kadar tack coat terhadap Bond Strength........................... 103

Gambar V.12 Faktor Internal Friction pada interface .......................................... 104

Gambar V.13 Rentang Bond Stiffness terkait kondisi bonding ............................ 107

Gambar V.14 Rentang Bond Strength terkait kondisi bonding ............................ 107

Gambar VI.1 Model makroskopis dari interface antar lapisan beraspal .............. 110

Gambar VI.2 Kurva Hasil Pengujian alat Leutner .............................................. 112

Gambar VI.3 Shear Box Test .............................................................................. 113

Gambar VI.4 Kurva Shear Stress Displacement ......................................... 113

Gambar VI.5 Hasil Pengujian Direct Shear ........................................................ 114

Gambar VI.6 Contoh kurva Shear Stress Displacement hasil Pengujian

Direct Shear .................................................................................. 115

Gambar VI.7 Kurva Tipikal Hasil Pengujian Direct Shear ................................ 116

xx

Gambar VI.8 Model makroskopis bonding antar lapis perkerasan hasil

Pengujian Direct Shear 117

Gambar VI.9 Skematik Kotak Geser ………………………………………….. 120

Gambar VI.10 Meshing Sampel Direct Shear Test …………………………….. 120

Gambar VI.11 Nilai Bond Stiffness hasil Direct Shear Test dan Program

SAP2000 ……………………………………….……………… 123

Gambar VI.12 Hubungan antara kondisi bonding hasil simulasi analitis

dengan pengujian laboratorium ..................................................... 125

Gambar VII.1 Roadmap Pavement Bonding ....................................................... 131

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 Hasil Analisis struktur pada perkerasan 4-lapis dengan berbeda

Kondisi interface ..................................................................... 20

Tabel II.2 Usia Perkerasan dengan daya lekat yang lemah yang dinyatakan

Dengan persentase terhadap perkerasan dengan daya lekat yang

Kuat .............................................................................................. 22

Tabel II.3 Empat kasus kondisi interface ..................................................... 25

Tabel II.4 Besaran Struktur Perkerasan ....................................................... 37

Tabel III.1 Detail Geometri dan Material Struktur Perkerasan Teoritis ........ 42

Tabel III.2 Nilai-nilai tegangan horizontal hasil program SAP2000................ 48

Tabel III.3 Nilai-nilai horizontal strain hasil program SAP2000.................... 53

Tabel III.4 Variasi Perkerasan untuk analisis pengaruh ketebalan Wearing

Course .......................................................................................... 56

Tabel III.5 Hasil Program SAP2000 untuk horizontal Strain pada interface ... 57

Tabel III.6 Nilai vertical strain pada bagian atas subgrade pada variasi

kondisi bonding dan ketebalan wearing course.............................. 60

Tabel IV.1 Hasil Pengujian Aggregat kasar dan Agregat Halus …………… 67

Tabel IV.2 Hasil Pengujian Aspal Keras AC 60/70 ...................................... 68

Tabel IV.3 Hasil Pengujian MC-800 ............................................................. 68

Tabel IV.4 Hasil Pengujian Aspal Emulsi CSS-1 ......................................... 69

Tabel IV.5 Sifat-sifat campuran Beton Aspal pada Kadar Aspal Optimum.. 72

Tabel IV.6 Tebal Tiap Lapisan Campuran Beraspal Hasil Core Drill .......... 79

Tabel V.1 Interval Pembacan Pergeseran .................................................... 80

Tabel V.2 Variasi Pengujian Direct Shear untuk sampel yang fully fabricated 81

Tabel V.3 Nilai Bond Strength (MPa) hasil Pengujian Direct Shear …….. 82

Tabel V.4 Nilai Bond Stiffness (MPa/m) hasil Pengujian Direct Shear …….. 83

Tabel V.5 Tabel ANOVA ...........................……………………………. 93

Tabel V.6 Tabel data tipikal hasil percobaan multifaktor ........................ 93

Tabel V.7 Faktor dan Taraf dari percobaan Direct Shear ……………….. 95

xiv

Tabel V.8. Nilai Means, Standar Deviasi dan COV untuk setiap pengelompokan

data untuk faktor-faktor utama ......................................................... 96

Tabel V.9 Hasil ANOVA untuk Bond Strength dengan program SPSS 13. 98

Tabel V.10 Variasi Pengujian Direct Shear ………………………………. 81

Tabel V.11 Nilai-nilai Bond Stiffness (MPa/m) …………………………….. 101

Tabel V.12 Nilai-nilai Bond Strength (MPa) ................................................... 101

Tabel V.13 Nilai Bond Strength untuk Tegangan Normal yang bervariasi … 104

Tabel V.14 Nilai Bond Stiffness dan Bond Strength dari Sampel Coring…… 105

Tabel V.15 Batas-batas nilai Bond Stiffness dan Bond Strength sesuai kategori 106

Tabel V.16 Rentang kondisi bonding hasil pengujian Direct Shear …………. 108

Tabel VI.1 Perbandingan Nilai Bond Strength dan Bond Stiffness ………….. 116

Tabel VI.2 Jenis Sampel yang diuji Direct Shear dan Metoda Elemen Hingga 121

Tabel VI.3 Nilai paramater input untuk Program SAP2000…………………. 121

Tabel VI.4 Hasil Program SAP2000 memakai data hasil Direct Shear Test …. 122

Tabel VI.5 Batas-batas kondisi partial bonding untuk pendekatan analitis

dan laboratorium ............................................................................... 126

xxiii

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG

SINGKATAN Nama Pemakaian Pertama kali

Pada halaman

M-ESH Meshing program dibuat oleh Eri Susanto Hariyadi 6

BISAR Bitumen Stress and Analysis Result 9

LVDT Linear Variable Differential Transducer 27

SST Superpave Shear Tester 27

ASTRA Ancona Shear Testing Research and Analysis 33

LPDS Layer Parallel Direct Shear 33

FEM Finite Element Method 39

SAP2000 Structural Analysis Program 2000 40

ESWL Equivalent Single Wheel Load 42

ESA Eguivalent Single Axle 61

msa Million Standar Axle 64

MC800 Medium Curing 800 68

CSS-1 Cationik Slow Setting 69

AC-WC Asphaltic Concrete Wearing Course 69

AC-BC Asphaltic Concrete Binder Course 69

VIM Void In Mix 71

VMA Void in Mineral Aggregate 71

VFB Void in Filled Bitumen 71

VIMref VIM Refusal Density 71

KAO Kadar Aspal Optimum 72

ASTM American Standard and Testing Materials 79

DOE Design of Experiment 87

ANOVA Analysis of Variance 87

SS Sum of Square 91

MS Mean Square 91

xxiv

UMATTA Universal Material Testing Apparatus 121

FWD Falling Weight Deflectometer 126

LAMBANG

KI* Interlayer Reaction Complex Modulus 12

τ(t) Tegangan geser pada waktu tertentu 12

φ Sudut fase antara tegangan geser dan perpindahan 12

smax nilai maksimum pergeseran 12

Ks Bond Stiffness 12

τ Shear Stress 13

G Shear Modulus 13

γ Shear Strain 13

Δu Pergeseran relatif 13

t Tebal interface 13

K Interface Reaction Modulus 14

Smax Shear Strength 14

mu Koefisien Gesekan 15

Fmax Beban horizontal maksimum yang diterima sampel 16

A Luas penampang melintang sampel 16

E Modulus Elastisitas 17

Es Modulus Tegangan Regangan 18

R Jari-jari bidang kontak roda kendaraan 42

Nf Jumlah repetisi beban kriteria fatigue 61

Vb Kadar aspal dalam campuran dalam % volume 61

Smix Stiffness Modulus Campuran 61

εt Regangan tarik horizontal 61

Nijin Nilai kapasitas struktur dalam ESA 63

sxy Kovarians 88

xxv

n Jumlah Data 88

rxy Koefisien korelasi 88

C Kohesi antar lapis perkerasan Beraspal 104

σn Tegangan Normal Pembebanan 104

φ Sudut geser 104

Kmin Bond Stiffness dari secant modulus 118

Kmax Bond Stiffness dari tangent modulus kurang dari 1mm 118

ν Poisson ratio 122