ANALISIS KETEBALAN PELAT PADA PERKERASAN KAKU …...Hasil analisis menunjukkan bahwa tanah dasar jalan termasuk lempung lanauan CH (High Clay) dengan potensi pengembangan yang tinggi

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

i

ANALISIS KETEBALAN PELAT PADA PERKERASAN KAKU

(RIGID PAVEMENT) MENGGUNAKAN SOFTWARE SAP-2000

(Studi Kasus : Ruas Jalan Surakarta – Gemolong –

Geyer BTS. Kab. Grobogan)

Analysis Of Plate Thickness In Rigid Pavement Using Sap-2000

(Case Study : Surakarta – Gemolong –

Geyer BTS. Kab. Grobogan Road Section)

SKRIPSI

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

Oleh:

ABEL GALANG SETIAWAN

NIM. I0115003

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2019


Scanned by CamScanner


iv

ABSTRAK

Abel Galang Setiawan, 2019. Analisis Ketebalan Pelat pada Perkerasan

Kaku (Rigid Pavement) Menggunakan Software SAP-2000 (Studi Kasus :

Ruas Jalan Surakarta – Gemoloong – Geyer BTS. Kab. Grobogan). Skripsi.

Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Negeri Sebelas Maret

Surakarta.

Ruas jalan Surakarta – Gemolong – Geyer Bts. Kab. Grobogan, yang terletak

di Kabupaten Grobogan Propinsi Jawa Tengah mengalami kerusakan. Hal ini

dicurigai karena sifat ekspansif pada lapisan tanah dasar (subgrade) jalan.

Penelitian ini bertujuan menganalisis dan mengevaluasi stabilitas struktur

perkerasan eksisting berdasarkan angka keamanan terhadap lendutan dan

tegangan sehingga diperoleh alternatif desain perbaikan struktur perkerasan

yang tepat.

Metode penelitian dilakukan dengan menganalisis karateristik tanah dasar dan

menganalisis desain ketebalan pelat beton dengan variasi ketebalan pelat

10cm, 15cm, 20cm, 25cm, dan 30cm. Analisis dilakukan dengan program

berbasis metode elemen hingga yaitu SAP-2000 dan analitis persamaan

Westergaard sebagai pembandingnya. Dalam proses analisis dengan SAP-

2000, massa tanah dasar dimodelkan sebagai kumpulan pegas (elastic spring)

yang berdiri sendiri dan tidak saling berhubungan 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 menunjukkan bahwa tanah dasar jalan termasuk lempung lanauan

CH (High Clay) dengan potensi pengembangan yang tinggi. Desain struktur

perkerasan kaku yang terdiri dari perkerasan beton bertulang dengan tebal

20cm, 25 cm, dan 30cm dapat dipakai untuk rehabilitasi ruas jalan Surakarta –

Gemolong – Geyer Bts. Kab. Grobogan. Alternatif desain struktur perkerasan

yang paling baik dipilih adalah struktur perkerasan beton semen bertulang

tebal 20 cm. Dengan pertimbangan bahwa perkerasan kaku dengan tebal 20cm

memenuhi persyaratan teknis yaitu momen yang relatif kecil pada dasar

perkerasan, daya dukung yang besar, lendutan yang kecil, distribusi tegangan

yang merata dan distribusi lendutan yang merata berdasarkan hasil evaluasi

output momen, tegangan dan lendutan dari SAP-2000 dan analitis persamaan

Westergaard.

Kata Kunci : Tanah ekspansif, Perkerasan Kaku.


v

ABSTRACT

Abel Galang Setiawan, 2019. Analysis Of Plate Thickness In Rigid Pavement

Using Sap-2000 (Case Study : Surakarta – Gemoloong – Geyer Bts. Kab.

Grobogan Road Section). Essay. Civil Engineering Department of Engineering

Faculty of Sebelas Maret University, Surakarta.

The serious road damages occurred at the road segment Surakarta –

Gemolong – Geyer Bts. Kab. Grobogan, in Grobogan regency, Central Java.

This damages were suspected by expansive soil of the subgrade layer road.

This study aims analyze and evaluate the stability of the existing pavement

structure based on safety factor of deformation and stress in order to obtain

alternative pavement design appropriate structural repairs.

The research methode is done by analyzing the characteristic of soil in the

road’s subgrade and analyze the design of the thickness of the concrete plate with

variations in the thickness of the plates of 10cm, 15cm, 20cm, 25cm, and 30cm. The

analysis was performed with the finite element method based program that is

SAP-2000 and analytical Westergaard equation as comparison. In the process

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

(elastic spring) that stands alone and does not relate to each other while the

pavement structure is modeled with shell elements. Selection of alternative

designs based on the results of pavement structure analysis performed with

SAP-2000 and analytical Westergaard equation.

The results showed that the road subgrade including clayey silt CH (High

Clay) with high swelling potential. The rigid pavement structure design

consisting of reinforced concrete pavement with a thickness of 20cm, 25cm,

and 30cm can be used to rehabilitate roads Surakarta – Gemolong – Geyer

Bts. Kab. Grobogan. The best alternative repairing design resulting by

analyzing output of SAP-2000 and analytical Westergaard equation was

selected the rigid pavement structure consists layer of reinforced cement

concrete pavement 20 cm. Considering that the rigid pavement with cement

concrete pavement 20 cm meets the technical requirements of a relatively low

moment on the subgrade of pavement, high bearing capacity, low

deformation, stress and deformation distribution is equitable based on the

evaluation moments, stress and deformation of the SAP-2000 and analytical

Westergaard equation.

Key Words : expansive subgrade, rigid pavement


vi

MOTTO

“Your love makes me strong, your hate makes me

UNStoppable”

C. Ronaldo


vii

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 Slamet Mulyono dan Ibu Manifiah 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 Wibowo, S.T., DEA

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 Wibowo.

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.


viii

PRAKATA

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa telah melimpahkan rahmat serta

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan

judul “Analisis Ketebalan Pelat pada Perkerasan Kaku (Rigid Pavement)

Menggunkan Software Sap-2000” (Studi Kasus : Ruas Jalan Surakarta-

Gemolong-Geyer Batas Kabupaten Grobogan (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. Wibowo, S.T., DEA selaku Dosen Pembimbing II skripsi. Terimakasih atas

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

ini sampai selesai.

4. Ir. Siti Qomariyah, M.Sc., 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 Slamet Mulyono dan Ibu Manifiah, 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

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

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING .................................................... ii

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

ABSTRAK ............................................................................................................ iv

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

MOTTO ................................................................................................................ vi

PERSEMBAHAN ................................................................................................. vii

PRAKATA .......................................................................................................... viii

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

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

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xv

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

DAFTAR NOTASI ............................................................................................. xix

BAB 1 PENDAHULUAN

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

1.2. Rumusan Masalah......................................................................................... 3

1.3. Batasan Masalah........................................................................................... 3

1.4. Tujuan Penelitian.......................................................................................... 4

1.5. Manfaat Penelitian......................................................................................... 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

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

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

2.2.1 Tanah Ekspansif............................................................................... 7

2.2.1.1 Definisi Tanah Ekspansif...................................................... 7

2.2.1.2 Karakteristik Tanah Ekspansif............................................. 7

2.2.1.3 Parameter Karakteristik Tanah Dasar (subgrade).................. 8

2.2.2 Perkerasan Kaku.............................................................................. 10


xi

2.2.3 Analisis Struktur Perkerasan Jalan.................................................. 13

2.2.4 Analisis Rumus Westergaard.......................................................... 15

2.2.5 Pemodelan Pembebanan.................................................................. 16

2.2.6 Pemodelan Struktur Perkerasan dengan SAP-2000........................ 16

2.2.7 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan................................... 19

BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1. Lokasi Penelitian ......................................................................................... 20

3.2. Kebutuhan Data ........................................................................................... 21

3.3. Jenis Penelitian ............................................................................................ 22

3.4. Teknik Pengumpulan Data .......................................................................... 22

3.4.1. SAP-2000 (Structure Analyze Program) ........................................ 22

3.5. Tahapan Penelitian....................................................................................... 26

3.6. Time Schedule ............................................................................................. 28

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Kondisi Jalan.............................................................................................. 29

4.1.1 Ruas Jalan Surakarta - Gemolong - Geyer Bts. Kab. Grobogan 29

4.1.2 Data Lalu Lintas Harian Rata-Rata (LHR).................................. 30

4.2 Karakteristik Tanah Dasar (Subgrade) Jalan.............................................. 31

4.3 Desain Perkerasan kaku (Rigid Pavement) Ruas Jalan Surakarta -

Gemolong – Geyer.................................................................................... 36

4.4 Analisis Struktur Perkerasan pada Peningkatan Kinerja Ruas Jalan

Surakarta - Gemolong – Geyer................................................................. 37

4.4.1 Pembebanan Beban Gandar Ganda............................................... 37

4.4.2 Parameter Analisis Struktur Subgrade Jalan................................ 39

4.4.2.1 Modulus Reaksi Tanah Dasar (Ks) ............................... 39

4.4.2.2 Angka Poisson’s Ratio ............................................ 40

4.4.2.3 Modulus Elastisitas Tanah Dasar (Es) ............................ 40

4.4.2.4 Daya Dukung Tanah Ultimit (qu) ................................. 41

4.4.2.5 Lendutan Ijin Maksimum (δ) .......................................... 41


xii

4.5 Analisa Struktur Perkerasan Kaku dengan Model Analitis Persamaan

Westergaard................................................................................................ 41

4.5.1 Koefisien Subgade Arah Vertikal (Kv).......................................... 42

4.5.2 Perhitungan dengan Model Analitis Persamaan Westergaard........ 42

4.6 Analisa Struktur Perkerasan Kaku dengan Program SAP-2000................. 52

4.6.1 Data Umum Analisis Struktur Perkerasan Kaku............................. 52

4.6.2 Menentukan Nilai Kekakuan Spring............................................... 53

4.6.3 Properti Material............................................................................. 53

4.6.4 Pemodelan pada Program SAP-2000.............................................. 54

4.6.4.1 Pembebanan Tengah........................................................ 54

4.6.4.2 Pembebanan Samping...................................................... 70

4.7 Evaluasi Hasil Analisis Struktur Perkerasan pada Ruas Jalan Surakarta-

Gemolong-Geyer (Bts.Kab Grobogan) ...................................................... 86

4.7.1 Evaluasi Nilai Momen dengan Analisis Program SAP-2000........ 86

4.7.2 Evaluasi Tegangan Perkerasan Kaku pada Tanah Dasar.............. 87

4.7.3 Evaluasi Tegangan Tarik Perkerasan Kaku.................................. 89

4.7.4 Evaluasi Deformasi Perkerasan Kaku pada Tanah Dasar.............. 92

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan................................................................................................. 96

5.2 Saran............................................................................................................ 98


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konfigurasi Struktur Perkerasan Lentur ...................................... 17

Gambar 2.2 Konfigurasi Struktur Perkerasan Kaku ........................................ 17

Gambar 2.3 Konfigurasi Elemen SHELL oleh Surat (2011) ........................... 18

Gambar 2.4 Geometri dan transisi meshing Elemen SHELL .......................... 19

Gambar 3.1 Peta Lokasi Ruas Jalan Surakarta - Gemolong – Geyer ........... 21

Gambar 3.2 Model SAP 2000 ......................................................................... 23

Gambar 3.3 Layout Model Grid ...................................................................... 23

Gambar 3.4 Menginput Data Pada SAP-2000................................................. 24

Gambar 3.5 Analyze Option Pada SAP-2000................................................... 24

Gambar 3.6 Menu Analyze Pada SAP-2000..................................................... 25

Gambar 3.7 Output Pembebanan Tengah Pada SAP-2000.............................. 25

Gambar 3.8 Bagan Alir Penelitian .................................................................. 26

Gambar 4.1 Denah Perkerasan Rigid Ruas Jalan Surakarta - Gemolong –

Geyer....................................................................................... 29

Gambar 4.3 Grafik Casagrande................................................................... 35

Gambar 4.4 Tipikal Potongan Melintang Desain Perkerasan Jalan Beton

Ruas Jalan Surakarta - Gemolong – Geyer.............................. 37

Gambar 4.5 Design Axle Load Standard...................................................... 37

Gambar 4.6 Ekivalensi Luas Bidang Kontak Lingkaran.............................. 38

Gambar 4.7 Area Kontak Beban Roda......................................................... 38

Gambar 4.8 Model Tumpuan Pegas pada Perkerasan Kaku............................ 39

Gambar 4.9 Hubungan antara CBR dan modulus reaksi tanah dasar

(Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah, 2003)............. 39

Gambar 4.10 Pemodelan Struktur Pembebanan Tengah pada Perkerasan Kaku

dengan SAP-2000.......................................................................... 54

Gambar 4.11 Diagram Momen Perkerasan Kaku untuk Pembebanan Tengah

dengan SAP-2000......................................................................... 55

Gambar 4.12 Permodelan Struktur Perkerasan Kaku dengan Pembebanan

Samping........................................................................................ 70


xiv

Gambar 4.13 Diagram Momen Perkerasan Kaku untuk Pembebanan

Samping dengan SAP-2000.......................................................... 71


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Jangkauan Nilai Banding Poisson’s Ratio ....................................... 8

Tabel 3.1. Data dan Sumber Data .................................................................... 21

Tabel 3.2 Time Schedule..... .............................................................................. 28

Tabel 4.1 Rekapitulasi Data Lalu Lintas Harian Rata-Rata.......................... 30

Tabel 4.2 Rencana Perkerasan Jalan Baru (UR)........................................... 31

Tabel 4.3 Nilai VDF Masing-masing Jenis Kendaraan Niaga...................... 31

Tabel 4.4 Faktor Distribusi Lajur (DL)........................................................ 32

Tabel 4.5 Perhitungan ESA.......................................................................... 33

Tabel 4.6 Analisis Tingkat Pengembangan Tanah Dasar metode Chen..... 31

Tabel 4.7 Jangkauan Nilai Banding Poisson’s Ratio................................. .40

Tabel 4.8 Data Umum Analisis Struktur Persamaan Westergaard.................. 42

Tabel 4.9 Spesifikasi Rigid Pavement............................................................ 43

Tabel 4.10 Rekapitulasi Perhitungan Model Analisis Westergaard................. 50

Tabel 4.11 Data Umum Analisis Struktur Program SAP-2000......................... 52

Tabel 4.12 Tabel Nilai Tegangan Tanah Subgrade Perkerasan Kaku saat

Pembebanan Tengah untuk Ketebalan Pelat 10cm dengan SAP-

2000.................................................................................................. 56



2000................................................................................................... 57



2000................................................................................................... 58



2000................................................................................................... 59



2000................................................................................................... 60


xvi

Tabel 4.17 Tabel Nilai Tegangan Tarik Perkerasan Kaku saat Pembebanan

Tengah untuk Ketebalan Pelat 10cm dengan SAP-

2000................................................................................................... 62



2000................................................................................................... 63



2000................................................................................................... 64



2000................................................................................................... 65



2000................................................................................................... 66

Tabel 4.22 Tabel Nilai Lendutan dengan Pembebanan Tengah.......................... 68


Pembebanan Samping untuk Ketebalan Pelat 10cm dengan SAP-

2000................................................................................................... 72



2000................................................................................................... 73



2000................................................................................................... 74



2000................................................................................................... 75



2000................................................................................................... 76


xvii


Samping untuk Ketebalan Pelat 10cm dengan SAP-

2000................................................................................................... 78


Samping untuk Ketebalan Pelat 15cm dengan SAP-

2000................................................................................................... 79


Samping untuk Ketebalan Pelat 20cm dengan SAP-2000................ 80





Tabel 4.33 Rekapitulasi Perhitungan Lendutan Maksimal untuk Pembebanan

Samping............................................................................................. 84

Tabel 4.34 Perbandingan Nilai Momen Pembebanan Samping dan

Pembebanan Tengah dengan Program SAP-2000........................ 87

Tabel 4.35 Evaluasi Tegangan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar dengan

SAP-2000..................................................................................... 88

Tabel 4.36 Hasil Evaluasi Analisis Tegangan Struktur Perkerasan Kaku pada

Tanah Dasar dengan SAP-2000................................................... 89

Tabel 4.37 Evaluasi Tegangan Tarik Struktur Perkerasan Kaku................... 90

Tabel 4.38 Perbandingan Tegangan Tarik Beton Bertulang dengan Beton

Tak Bertulang............................................................................... 92

Tabel 4.39 Evaluasi Lendutan Struktur Perkerasan pada Tanah Dasar.......... 93

Tabel 4.40 Hasil Evaluasi Analisis Lendutan Struktur Perkerasan Kaku pada

Tanah Dasar dengan SAP-2000 dan Analitis Persamaan

Westergaard................................................................................. 95


xviii

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A1 Data Perhitungan kv Analitis Persamaan Westergaard ..... A-1

LAMPIRAN A2 Data Analisis Perhitungan Westergaard dengan

Variasi Tebal Pelat ............................................................ A-2

LAMPIRAN B1 Data Perhitungan Displacement saat Pembebanan

Tengah dengan Program SAP-2000 .................................. B-1

LAMPIRAN B2 Data Perhitungan Displacement saat Pembebanan

Samping dengan Program SAP-2000................................ B-6

LAMPIRAN C1 Data Perhitungan Reactions saat Pembebanan

Tengah dengan Program SAP-2000 ................................... C-1

LAMPIRAN C2 Data Perhitungan Reactions saat Pembebanan

Samping dengan Program SAP-2000….............................C-6

LAMPIRAN D As Built Drawing...............................….............................D-1


xix

DAFTAR NOTASI

LHR Lalu Lintas Harian Rata-Rata

fs Kuat lentur

MST Muatan sumbu terberat

CBR California bearing ratio

ks Modulus of Subgrade Reaktion

Poisson’s Ratio

qu Daya Dukung Tanah Ultimit

δ Lendutan Ijin Maksimum

ksv Modulus reaksi tanah dasar vertikal

SN structure number

FRP Fiber reinforced Polymer

ℓ Jari-jari kekakuan relatif

b Jari-jari bidang kontak diasumsikan melingkar

a Jari-jari distribusi yang setara

h Tebal perkerasan kaku

k Modulus reaksi tanah dasar

Documents

ANALISIS KETEBALAN PELAT PADA PERKERASAN KAKU …...Hasil analisis menunjukkan bahwa tanah dasar jalan termasuk lempung lanauan CH (High Clay) dengan potensi pengembangan yang tinggi