JASTIFIKASI TEKNIK PERKERASAN KAKU JALAN AKSES JEMBATAN SURAMADU – SISI SURABAYA (Oleh : Core Team – MK.2)
A. LATAR BELAKANG Rancangan semula dari susunan lapis perkerasan kaku (rigid pavement) yang akan dipakai pada jalan akses Jembatan Suramadu – Sisi Surabaya, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1 berikut ini :
RIGID PAVEMENT BETON K 400 LANTAI KERJA BETON K 125
27 cm
5 cm
20 cm
Sub Grade CBR 10% Gambar 1. Tipikal Susunan Lapis Perkerasan Kaku (Alternatif 1)
Jastifikasi teknik ini disusun berkaitan dengan adanya beberapa masukan, agar rancangan susunan lapis perkerasan kaku tersebut dibuat dengan alternatif lain, sehingga diperoleh hasil yang ekonomis dengan kekuatan tetap optimal dan aspek kemudahan didalam pelaksanaan di lapangan. l apangan.
Alternatif lapis perkerasan kaku yang diusulkan : o Alternatif 1, sebagaimana terlihat pada Gambar 1 (Rancangan semula) o Alternatif 2, lapis pondasi bawah (subbase) berupa Agregat klas B CBR 60% pada Alternatif 1 diganti dengan Lean Mix Concrete setebal 10 cm menumpu pada Selected Materials/Sirtu Klas C, CBR 30%. o Alternatif 3, susunan lapis perkerasan kaku sama dengan Alternatif 2, hanya saja tebal plat beton semula 27 cm ditingkatkan menjadi 30 cm. o Alternatif 4, slab beton t = 30 cm langsung ditumpu oleh Subgrade tanah dasar B. PEMBAHASAN Secara teoritis, lapis rigid pavement dapat langsung diletakkan di atas tanah asli (Subgrade) tanpa menggunakan lapis pondasi bawah (Subbase), tentunya tergantung seberapa besar nilai kekuatan tanah dasar aktual yang ada. Nilai kekuatan tanah dasar dapat berupa Modulus Subgrade Reaction (k) atau California Bearing Ratio, CBR (%). -1-
Akan tetapi kenyataan pelaksanaan di lapangan, lapis transisi antara subgrade dengan plat beton disebut lapis pondasi bawah tetap diperlukan dengan tujuan sebagai berikut : a. Memperoleh landasan atau dudukan yang kokoh, uniform dan rata b. Mampu mengatasi efek pumping, infiltrasi air dari bawah pondasi dan ekses dari tanah potensial c. Lapis transisi (pondasi bawah) dapat meningkatkan nilai CBR efektif d. Lapis transisi atau lapis pondasi bawah umumnya menggunakan Lean Mix Concrete atau CBK (Campuran Beton Kurus), sirtu (granular subbase) dengan BP (Bahan Pengikat), atau dengan stabilisasi lain, sehingga dapat mempermudah pelaksanaan pengecoran slab beton dan memperoleh ketebalan cor plat yang seragam e. Lapis transisi yang kedap air dapat menjaga kualitas cor beton, karena tidak terjadi kehilangan faktor air semen f. Menjaga stabilitas permukaan tanah pasca pemadatan material lepas (subbase atau subgrade) g. Menjaga stabilitas dudukan plat beton akibat beban roda kendaraan truck mixer dan lain-lain pada saat pelaksanaan pekerjaan cor slab beton. Dari uraian di atas jelaslah bahwa penggunaan lapis pondasi bawah memang diperlukan untuk menjamin kesempurnaan dudukan plat beton perkerasan kaku. Ketentuan dari “ Perencanaan Perkerasan Jalan Beton Semen (Pd.T-14-2003) BSN 2003 “, apabila nilai CBR Subgrade < 2% harus dipasang pondasi bawah yang terbuat dari CBK (Campuran Beton Kurus) atau Lean Mix Concrete setebal min. 15 cm yang dianggap mempunyai nilai CBR efektif 5%. Data aktual lapangan menunjukkan bahwa kondisi tanah dasar pada rencana trase jalan akses Jembatan Suramadu – Sisi Surabaya sangat bervariasi, bahkan pada lokasi Sta. tertentu terdapat CBR min < 2%, sebelum dilakukan perbaikan tanah dasar dengan material pilihan. Nilai kekuatan tanah (CBR Subgrade) yang harus dicapai pasca perbaikan tanah dasar direncanakan mempunyai CBR min. Subgrade 10%, ketentuan tersebut dipakai sebagai dasar perhitungan untuk penentuan tebal lapis perkerasan kaku (Lihat Gambar 1, Alternatif 1/Design Awal).
-2-
C. RANCANGAN PERHITUNGAN PERKERASAN KAKU ¾
Alternatif 1
Kontrol Perhitungan Tebal Slab Beton (Review Design Awal/Alternatif 1, sesuai dokumen kontrak) Ketentuan : a). Direncanakan tebal perkerasan untuk jalan baru dengan ketentuan : Fungsi Jalan : Jalan Arteri Tipe jalan : 4 lajur 2 arah terbagi ( 4 / 2D ) Umur rencana : 20 tahun Rencana Jenis Perkerasan : Kaku (Rigid) Tebal plat beton rencana : 27,0 cm b). Data yang tersedia : CBR Subgrade 10 % Jumlah LHR awal ( LHR 0 ) o Colt Diesel = 3000 kendaraan / hari / 2 arah o Truk 2 as = 1750 kendaraan / hari / 2 arah o Truk 3 as = 1500 kendaraan / hari / 2 arah Jumlah = 6250 kendaraan / hari / 2 arah Angka pertumbuhan lalu lintas = 11 % per tahun c). Mutu beton rencana Digunakan beton K400 ; kuat tekan 28 hari = 400 kg/cm 2 f’c = 0,83 x 400 = 33,20 Mpa > 30 MPa (minimum yang disarankan) f cf = 0,75 33,2 = 4,30 MPa ≥ 3,5 MPa (minimum yang disarankan) d). Beban lalu lintas rencana Karakteristik Kendaraan : Jenis kendaraan yang diperhitungkan hanya kendaraan niaga dengan berat total minimum 5 ton Konfigurasi sumbu yang diperhitungkan ada 3 macam, yaitu : Sumbu tunggal roda tunggal ( STRT ) Sumbu tunggal roda ganda ( STRG ) Sumbu ganda / tandem roda ganda ( SGRG/STdRG ) Beban Sumbu Kendaraan Niaga : Colt Diesel ( 1.2 L ) Berat total maksimum = 8,3 ton Sumbu depan 34 % = 0,34 x 8,3 = 2,82 ton Sumbu Belakang 66 % = 0,66 x 8,3 = 5,48 ton Truk 2 as ( 1.2 H ) Berat total maksimum = 18,2 ton Sumbu depan 34 % = 0,34 x 18,2 = 6,19 ton Sumbu belakang 66 % = 0,66 x 18,2 = 12,01 ton Truk 3 as ( 1.22 ) Berat total maksimum = 25 ton Sumbu depan 25 % = 0,25 x 25 = 6,25 ton -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-3-
Sumbu belakang 75 % = 0,75 x 25 = 18,75 ton e). Jumlah Sumbu Kendaraan Niaga (JSKN) rencana JSKNUR = 365 x JSKNH x R , dimana : JSKNUR= jumlah total sumbu kendaraan niaga selama umur rencana JSKNH = jumlah total sumbu kendaraan maksimum harian, pada saat jalan dibuka (Lihat Tabel 1). R = faktor pertumbuhan lalulintas selama umur rencana (1 + i)UR −1 = e , dimana : log (1 + i ) i = angka pertumbuhan lalu lintas (%) per tahun = 11%/tahun UR = Umur rencana = 20 tahun. Diperoleh nilai (R) : R = 67,62 JSKNUR = 365 x 12500 x 67.62 = 308516250
f). Jumlah Sumbu Kendaraan Niaga (JSKN) rencana per lajur JSKNUR lajur = JSKNUR x C , dimana ; C = koefisien distribusi kendaraan untuk kendaraan berat. Untuk 4 lajur 2 arah terbagi (4/2D) -- Æ C = 0,45. JSKNUR lajur =308516250 x 0,45 = 138832312,5= 13.9x107 (Lihat Tabel 2) Tabel 1 . Jumlah Sumbu Kendaraan Niaga (JSKN) ) h b (
Konfigurasi Beban Sumbu Jenis Kendaraan
Kendaraan Penarik RD
RB
RGD
RGB
(ton)
(ton)
(ton)
(ton)
2.82
5.48
-
-
(1) 1. Colt Diesel (1.2L)
Gandengan
(2)
n a a r a d n e K h a l m u J
(3) 3000
r e ) P h u b ( b n m a u a S r a h d a n l e m u K J
u b ) h m u b S H h N a K l S m J u ( J
(4) 2
(5) 6000
STRT
STRG
STdRG
BS
JS
BS
JS
BS
JS
ton
bh
ton
bh
ton
bh
(6) 2.82
(7) 3000
(8) -
(9) -
(10) -
(11) -
5.48
3000
2. Truck 2 As (1.2H)
6.19
12.01
-
-
1750
2
3500
6.19
1750
12.01
1750
-
-
3. Truck 3 As (1.22)
6.25
18.75
-
-
1500
2
3000
6.25
1500
-
-
18.75
1500
Jumlah
12500
9250
1750
1500
Catatan : RD=roda depan, RB=roda belakang, RGD=raoda gandeng depan, RGB=roda gandeng belakang BS=beban sumbu, JS=jumlah sumbu, STRT=sumbu tunggal roda tunggal, STRG=sumbu tunggal roda ganda STdRG=sumbu tandem roda ganda
-4-
Tabel 2. Perhitungan Repetisi Sumbu Rencana
JENIS SUMBU
BEBAN SUMBU
JUMLAH SUMBU
% BEBAN TERHADAP TOTAL
PROPORSI SUMBU
LALU LINTAS RENCANA
REPETISI SUMBU YANG TERJADI
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) =(4) x (5) x (6)
STRT
6.25
1500
0.24
0.66
139,000,000
22017600
6.19
1750
0.28
0.66
139,000,000
25687200
5.48
1500
0.24
0.66
139,000,000
22017600
2.82
1500
0.24
0.66
139,000,000
22017600
6,250
1,00
1750
1.00
0.18
139,000,000
25020000
1750
1,00
1500
1.00
0.16
139,000,000
22240000
TOTAL
1500
1,00
JUMLAH TOTAL
9500
TOTAL STRG
12.01
TOTAL STdRG
18.75
KUMULATIF
139000000
g). Analisa fatik dan erosi. Ketentuan : Tebal plat beton 27,0 cm Mutu beton, K400 (fc’ = 33,20 MPa) Kuat tarik lentur beton, f cf = 4,30 MPa. Menggunakan ruji (dowel) Tanpa bahu beton Subbase (Agregat Klas B, CBR 60% dan CBK t=5,0 cm), Subgrade (tanah dasar) CBR 10%, selanjutnya gunakan grafik (Gambar 1-1, terlampir) akan diperoleh CBRefektif ≈ 50 %, caranya : Anggap kekuatan Subbase berada diantara garis 100 mm CBK atau 150 mm BP dan garis 125 mm BP, tarik garis vertikal ke atas pada titik CBR tanah dasar rencana 10%, akan berpotongan dengan garis kekuatan Subbase tersebut, selanjutnya tarik garis ke kiri diperoleh nilai CBR efektif 50%. (Sumber : Pedoman Pd T – 14 – 2003) Faktor keamanan beban, F KB = 1,10 ( Untuk jalan bebas hambatan dan jalan arteri).
Dari tabel “Tegangan Ekivalen dan Faktor Erosi, Nomogram Repetisi Beban ijin (Faktor Fatik) dan Repetisi Beban Ijin (Faktor Erosi) ” (Gambar 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 terlampir) untuk perkerasan kaku tanpa bahu beton akan diperoleh hasil-hasil sebagai berikut :
-5-
(Catatan : TE : Tegangan Ekivalen, FE : Faktor Erosi, FRT : Faktor Rasio Tegangan)
Dari Tabel 3 (Analisa Fatik dan Erosi) berikut ini, terlihat bahwa % rusak pada analisa erosi adalah 107,23% ≈100(%), sedangkan pada analisa fatik (% rusak) adalah 0%. Hal tersebut mempunyai indikasi bahwa perkerasan kaku dengan tebal plat beton 27,0 cm merupakan tebal batas ekonomis atau tebal kritis yang tidak dapat dipertipis/diperkecil lagi.
D. PERHITUNGAN SAMBUNGAN (REVIEW DESIGN AWAL/ALTERNATIF 1). 1. Ketentuan/data yang ada : a). Sambungan melintang (Kode TJ). - diameter dowel/ruji : 25 mm (polos) - panjang tiap dowe/ruji : 700 mm - jarak pemasangan as-as : 300 mm - mutu baja, (fy) : 240 MPa b). Sambungan memanjang (Kode LJ). - diameter tie-bar : 13 mm (ulir) - panjang tiap tie-bar : 1000 mm - jarak pemasangan as-as : 600 mm - mutu baja, (fy) : 390 MPa
-6-
2. Penentuan ukuran pelat/slab per block : Perhatikan ketentuan yang terdapat pada kedua tabel berikut (Tabel 4 dan Tabel 5) : Tabel 4. STANDAR FAA JARAK SAMBUNGAN MELINTANG
Tebal slab beton (cm) < 23 23 - 31 > 31
Jarak sambungan melintang Maksimum (m) 4,6 6,1 7,6
Tabel 5. STANDAR DPU JARAK SAMBUNGAN MELINTANG
Jenis Sambungan Sambungan susut Sambungan pelaksanaan
Jarak sambungan melintang Maksimum (m) 5,0 6,0
Berdasarkan kedua tabel di atas (Tabel 4. dan Tabel 5.), maka jarak sambungan melintang maksimum dapat diambil 5,50 m yang merupakan jarak rata-rata antara sambungan susut (standar DPU) 5,50m dengan jarak 6,1m (standar FAA). Sedangkan sambungan memanjang (Tie-bar) diambil setiap 4,0 m karena lebar total perkerasan kaku Jalan Akses Jembatan Suramadu-Sisi Surabaya 8,0 m per arah untuk 2 lajur. Sehingga ukuran per block pelaksanaan cor slab/pelat beton perkerasan kaku menjadi : 4,0 m x 5,50 m (Lihat Gambar 2. Lay Out Sambungan Perkerasan Kaku). 3. Tinjauan sambungan melintang (dowel) dan memanjang (tie-bar) :
Sambungan melintang : Perhatikan ketentuan yang ada pada Tabel 6 berikut ini.
Tabel 6. UKURAN & JARAK DOWEL (FLORIDA DEPT. TRANSPORT) Tebal pelat Diameter Panjang (mm) Jarak (mm) (mm) (mm) 150 - 170 20 450 300 180 - 190 25 450 300 200 - 270 30 450 300 > 280 40 450 300
Dengan ketentuan pada Tabel 6 di atas, maka seyogianya ukuran dan jarak dowel/ruji disesuaikan menjadi :
-7-
- Diameter dowel: 30 mm, rencana semula 25 mm - Panjang dowel : 450 mm, rencana semula panjang 700 mm - Jarak dowel : 300 mm, rencana semula jarak 300 mm
Sambungan memanjang :
Fungsi pemasangan batang pengikat (tie-bar) adalah untuk mengendalikan terjadinya retak memanjang. Jarak antara sambungan memanjang sekitar 3,0 – 4,0 m. Sambungan memanjang harus disertai tulangan dengan jenis batang ulir dengan mutu baja BJTU 39 – 40 (fy = 390 – 400 MPa). Formula yang digunakan : At = 204 x b x h, dan L = (38,3 x ∅) + 75. Dimana, At = luas penampang tulangan per meter panjang sambungan (mm2) b = jarak terkecil antar sambungan atau jarak sambungan dengan tepi perkerasan (m) h = tebal plat (m) L = panjang batang pengikat (mm) ∅ = diameter batang pengikat (mm) Untuk, b = 4m dan h = 0,27m, maka : At = 220,32 mm 2/m’ , dipakai tulangan (tie-bar) baja ulir D13. Jarak antar tulangan (tie-bar) : Luas per penampang tulangan D13, (A 1) = ¼. π.132 = 132,73 mm 2 , maka per m’ diperlukan = A t/A1 = 1,659 ≈ 1,7 bh. Sehingga jarak tulangan memanjang yang diperlukan = 1000/1,70 = 588 mm ≈ 600 mm (OK.) Panjang batang pengikat (Tie-bar) : L = (38,3 x 13) + 75 = 572,9 mm, diambil L = 600 mm. Rangkuman, ukuran dan jarak (Tie-bar) : - diameter tie-bar : 13 mm (ulir), rencana semula 13 mm (ulir) - panjang tiap tie-bar : 600 mm, rencana semula panjang 1000 mm - jarak as-as tie-bar : 600 mm, rencana semula jarak as-as 600 mm
-8-
¾
Alternatif 2
Usulan lapis perkerasan kaku pada Alternatif 2 sebagaimana terlihat pada Gambar 3 berikut ini :
Rigid Pavement Beton K 400
Lean Mix Concrete, t = 10 Cm Selected Material (Agregat Klas C), CBR 30 %
27 cm
10 cm Tebal min. 20 cm / sesuai kondisi lapangan
Subgrade,CBR 10 % Gambar 3. Tipikal Susunan Lapis Perkerasan Kaku (Alternatif 2)
Analisa fatik dan erosi. Ketentuan : Tebal plat beton 27,0 cm Mutu beton, K400 (fc’ = 33,20 MPa)
-9-
Kuat tarik lentur beton, f cf = 4,30 MPa. Menggunakan ruji (dowel) Tanpa bahu beton Subbase (Selected Materials) Agregat Klas C, CBR 30% dan CBK (Campuran Beton Kurus) t = 10 cm. Bila CBR Subgrade tanah dasar rencana 10%, dengan menggunakan grafik pada Gambar 1-1 (terlampir) diperoleh CBRefektif = 75%, caranya : Tarik garis vertikal ke atas dari titik CBR rencana 10% memotong garis 100mm CBK atau 150 mm BP. (Sumber : Pedoman Pd T – 14 – 2003) Faktor keamanan beban, F KB = 1,10 ( Untuk jalan bebas hambatan dan jalan arteri). Dari tabel “Tegangan Ekivalen dan Faktor Erosi, Nomogram Repetisi Beban ijin (Faktor Fatik) dan Repetisi Beban Ijin (Faktor Erosi) ” (Gambar 1-2, 13, 1-4, 1-5 terlampir) untuk perkerasan kaku tanpa bahu beton akan diperoleh hasil-hasil sebagai berikut :
(Catatan : TE : Tegangan Ekivalen, FE : Faktor Erosi, FRT : Faktor Rasio Tegangan)
Dengan cara yang sama dengan perhitungan tebal perkerasan kaku pada Alternatif 1, maka diperoleh hasil-hasil sebagai berikut (Lihat Tabel 3.(a) Analisa Fatik dan Erosi) :
Dari Tabel 3.(a) diperoleh hasil Analisa Erosi 90,35% < 100%, menunjukkan lapis perkerasan kaku kondisi idial.
- 10 -
¾
Alternatif 3
Susunan lapis perkerasan kaku sama dengan Alternatif 2, hanya tebal rigid pavement dirubah dari 27 cm menjadi 30 cm sebagaimana terlihat pada Gambar 4 berikut :
Rigid Pavement Beton K 400
Lean Mix Concrete, t = 10 Cm Selected Material (Agregat Klas C), CBR 30 %
30 cm
10 cm Tebal min. 20 cm / sesuai kondisi lapangan
Subgrade,CBR 10 % Gambar 4. Tipikal Susunan Lapis Perkerasan Kaku (Alternatif 3)
Dengan cara yang sama dengan perhitungan tebal perkerasan kaku pada Alternatif 1 dan Alternatif 2, akan diperoleh hasil-hasil sebagai berikut :
(Catatan : TE : Tegangan Ekivalen, FE : Faktor Erosi, FRT : Faktor Rasio Tegangan)
- 11 -
Terlihat dari Tabel 3.(b) di atas, diperoleh hasil persen rusak pada Analisa Erosi sebesar 27,8 % << 100 %, indikasi adanya tebal plat beton sudah berlebih.
¾
Alternatif 4
Rigid pavement, misalkan setebal t = 30 cm akan diletakkan langsung menumpu di atas tanah dasar (Subgrade). Pertanyaannya, seberapa besar nilai CBR Subgrade yang diperlukan agar mampu memikul beban Repetisi Sumbu Kendaraan rencana yang diprediksi akan terjadi pada Jalan Akses Jembatan Suramadu ?
Rigid Pavement Beton K 400
30 cm
Subgrade, CBR ….? % Gambar 5. Tipikal Susunan Lapis Perkerasan Kaku (Alternatif 4)
Dari uraian-uraian sebelumnya (Alternatif 1, Alternatif 2 dst.) terlihat bahwa nilai CBR yang perlu dipersiapkan sebagai dudukan slab beton minimal mempunyai nilai CBR efektif ≥50%. Untuk menyediakan nilai CBR tanah dasar yang cukup tinggi akan mempersulit pelaksanaan pekerjaan di lapangan, oleh sebab itu penggunaan lapis pondasi bawah (Subbase) mutlak diperlukan agar diperoleh nilai CBR efektif yang lebih besar, yaitu dengan cara memberi lapisan Lean Mix Concrete, stabilisasi material dengan BP (Bahan Pengikat), stabilisasi semen dan lainnya.
E. REKOMENDASI & SARAN 1. Susunan lapis perkerasan kaku Alternatif 1 (Rancangan Awal) maupun Alternatif 2, sama-sama dapat dipergunakan sebagai lapis perkerasan kaku pada pekerjaan perkerasan Jalan Akses Jembatan Suramadu – Sisi Surabaya, karena mempunyai kekuatan berimbang. Dengan catatan harus berpijak pada dasar kekuatan CBR Subgrade yang sama, yaitu CBR Subgrade tanah dasar di lapangan minimal harus ≥ 10%. 2. Dari hasil Analisa Fatik dan Erosi, lapis perkerasan kaku pada Alternatif 2 lebih baik karena pengaruh dari penebalan Lean Mix Concrete dari 5,0cm menjadi 10,0cm (Max. CBK = 15,0cm). 3. Penyiapan CBR Subgrade tanah dasar ≥ 10% sebelum pekerjaan lapis Subbase (pondasi bawah) harus benar-benar terlaksana dengan baik.
- 12 -
LAMPIRAN-LAMPIRAN
Gambar 1-1. CBR tanah dasar efektif dan tebal pondasi bawah untuk Perkerasan beton semen (Sumber Pedoman Pd T-14-2003)
- 13 -
Gambar 1-2 Tegangan Ekivalen dan Faktor Erosi
- 14 -
Gambar 1-3 Tegangan Ekivalen dan Faktor Erosi
- 15 -
Gambar 1-4 Nomogram Repetisi Beban Repetisi Ijin (Faktor Fatik)
- 16 -
Gambar 1-5 Nomogram Repetisi Beban Repetisi Ijin (Faktor Erosi)
- 17 -
