METODE DISAIN PERENCANAAN PERKERASAN JALAN. Copyright 2017 By. Ir. Arthur Daniel Limantara, MM, MT.

Transkripsi

1

2 METODE DISAIN Metode Empiris dengan atau tanpa Uji Kekuatan Tanah (Empirical Methods) Kegagalan Geser Terbatas (Limiting Shear Failure Methods) Metode Defleksi Terbatas (Limiting Deflection Methods) 2

3 METODE DISAIN Metode Regresi berdasarkan Kinerja Perkerasan atau Uji Jalan (Regression Methods Based on Pavement Performance or Road Tests) Metode Mekanistik-Empiris (Mechanistic Empirical Methods) 3

4 METODE EMPIRIS Penggunaan metode empiris tanpa uji kekuatan dimulai pada pengembangan sistem klasifikasi tanah Jalan Umum (Public Roads) (Hogentogler dan Terzaghi, 1929), di mana tanah dasar diklasifikasikan sebagai seragam dari A-1 sampai A-8 dan tidak seragam dari B-1 sampai B-3. Sistem PR kemudian dimodifikasi oleh Badan Pengarah Jalan Raya (HRB, 1945), di mana tanah dikelompokkan dari A-1 sampai A-7 dan indeks kelompok ditambahkan untuk membedakan tanah di dalam masing-masing kelompok. Kerugian dari metode empiris adalah bahwa hanya dapat diterapkan pada kondisi lingkungan, material, dan pembebanan tertentu. 4

5 KEGAGALAN GESER TERBATAS Metode kegagalan geser terbatas digunakan untuk menentukan ketebalan perkerasan sehingga kegagalan geser tidak terjadi. Sifat utama komponen perkerasan dan tanah dasar yang harus dipertimbangkan adalah kohesi dan sudut gesekan internal. Barber (1946) menerapkan formula kapasitas bantalan Terzaghi (Terzaghi, 1943) untuk menentukan ketebalan perkerasan. McLeod (1953) menganjurkan penggunaan spiral logaritmik untuk menentukan daya dukung perkerasan. Metode ini ditinjau oleh Yoder (1959) dalam bukunya Principles of Pavement Design, namun tidak disebutkan dalam edisi kedua (Yoder dan Witczak,

6 METODE DEFLEKSI TERBATAS Metode ini digunakan untuk menentukan ketebalan Perkerasan sehingga defleksi vertikal tidak melebihi batas yang diijinkan. Kansas State Highway Commission (1947) memodifikasi persamaan Boussinesq (Boussinesq, 1885) dan membatasi defleksi tanah dasar menjadi 0,1 inci (2,54 mm). Angkatan Laut (1953) menerapkan teori dua lapisan Burmister (Burmister, 1943) dan membatasi defleksi permukaan menjadi 0,25 in (6,35 mm). Penggunaan defleksi sebagai kriteria desain memiliki keuntungan nyata sehingga mudah diukur di lapangan. Sayangnya, kegagalan perkerasan disebabkan oleh tekanan dan ketegangan yang berlebihan, bukan defleksi. 6

7 METODE REGRESI Contoh yang baik dari penggunaan persamaan regresi untuk perancangan perkerasan adalah metode AASHTO berdasarkan hasil uji jalan. Kerugian dari metode ini adalah bahwa persamaan desain dapat diterapkan hanya pada kondisi di lokasi uji jalan. Persamaan regresi juga dapat dikembangkan dari kinerja perkerasan yang ada, seperti yang digunakan dalam sistem evaluasi perkerasan COPES (Darter et al., 1985) dan EXPEAR (Hall et al, 1989). Persamaan ini dapat menggambarkan efek berbagai faktor pada kinerja perkerasan, kegunaannya dalam desain perkerasan jalan terbatas karena banyaknya ketidakpastian yang terjadi. 7

8 METODE MEKANISTIK- EMPIRIS Metode perancangan mekanistik-empiris didasarkan pada mekanisme bahan yang menghubungkan masukan seperti beban roda, ke respons keluaran atau perkerasan, seperti tegangan atau regangan. Nilai respons digunakan untuk memprediksi distress dari data uji laboratorium dan data lapangan. Istilah "aspal campuran panas" identik dengan "beton aspal" yang biasa digunakan. Ini adalah campuran agregat aspal yang diproduksi pada batch atau drum fasilitas pencampuran yang harus dicampur, disebarkan, dan dipadatkan pada suhu tinggi. 8

9 PENGEMBANGAN DISAIN YANG LAIN Program Komputer (Computer Programs) Layanan dan Keandalan (Serviceability and Reliability) Pembebanan Dinamis (Dynamic Loads) 9

10 PROGRAM KOMPUTER Program CHEV yang dikembangkan oleh Chevron Research Company (Warren dan Dieckmann, 1963). Program ini hanya bisa diterapkan pada bahan elastis linier namun dimodifikasi oleh Asphalt Institut dalam program DAMA untuk memperhitungkan bahan granul elastis nonlinier (Hwang dan Witczak, 1979). Program BISAR, dikembangkan oleh Shell, yang menganggap tidak hanya beban vertikal tapi juga muatan horizontal (De Jong dkk, 1973). Program yang dikembangkan di University of California, Berkeley, adalah ELSYM5, untuk sistem lima lapis elastis dengan beberapa beban roda (Kopperman et al., 1986). 10

11 PROGRAM KOMPUTER Finn et al. (1986) mengembangkan sebuah program komputer bernama PDMAP (Probabilistic Distress Models for Asphalt Pavements) untuk memprediksi retak kelelahan dan rutting di perkerasan aspal. SAPIV, yaitu program analisis tegangan elemen hingga yang dikembangkan di University of California, Berkeley. Khazanovich dan loannides (1995) mengembangkan sebuah program komputer (disebut DIPLOMAT. 11

12 PROGRAM KOMPUTER Kerugian utama dari teori berlapis adalah asumsi bahwa setiap lapisan homogen dengan sifat yang sama di seluruh lapisan. Asumsi ini membuat sulit untuk menganalisis sistem berlapis yang terdiri dari bahan nonlinier, seperti basis butiran dan substitusinya. Modulus elastis dari bahan-bahan ini bergantung pada tegangan dan bervariasi di seluruh lapisan, jadi timbul pertanyaan di lapisan nonlinier mana yang harus dipilih untuk mewakili keseluruhan lapisan? 12

13 PROGRAM KOMPUTER Jika hanya tegangan, regangan, atau defleksi yang paling kritis yang diinginkan, seperti yang biasanya terjadi pada desain perkerasan, satu titik di dekat beban terapan dapat dipilih secara wajar. Namun, jika tekanan, ketegangan, atau defleksi pada titik yang berbeda, beberapa di dekat dan beberapa yang jauh dari beban, diinginkan, akan sulit untuk menggunakan teori berlapis untuk menganalisis bahan nonlinier. Kesulitan ini bisa diatasi dengan menggunakan metode elemen hingga. 13

14 PROGRAM KOMPUTER Duncan dkk. (1968) pertama kali menerapkan metode elemen hingga untuk analisis perkerasan lentur. Metode ini kemudian digabungkan dalam program komputer ILLI-PAVE (Raad dan Figueroa, 1980). Besarnya jumlah waktu dan penyimpanan komputer yang dibutuhkan program tersebut belum digunakan untuk keperluan perancangan rutin. Namun, sejumlah persamaan regresi, berdasarkan tanggapan yang diperoleh oleh ILLI-PAVE, dikembangkan untuk digunakan dalam desain (Thompson dan Elliot, 1985; Gomez-Achecar dan Thompson, 1986). Metode elemen hingga nonlinear juga digunakan dalam program komputer MICH-PAVE yang dikembangkan di Michigan State University (Harichandran et al., 1989). 14

15 SERVICEABILITY AND RELIABILITY Sebagai hasil dari Uji Jalan AASHO, Carey dan Irick (1960) mengembangkan konsep kinerja pelayanan perkerasan dan menunjukkan bahwa ketebalan perkerasan juga harus bergantung pada indeks pelayanan yang dibutuhkan. Lemer dan Moavenzadeh (1971) mengemukakan konsep keandalan sebagai faktor desain perkerasan, dan program komputer probabilistik yang disebut VESYS dikembangkan untuk menganalisis sistem perkerasan viskoelastis tiga lapis (Moavenzadeh et a1, 1974). 15

16 SERVICEABILITY AND RELIABILITY Konsep keandalan juga digabungkan dalam sistem desain perkerasan lentur Texas (Darter et al., 1973b) dan Panduan Desain AASHTO (AASHTO, 1986). Meskipun prosedur AASHTO pada dasarnya bersifat empiris, penggantian nilai pendukung tanah empiris oleh modulus resilien pondasi bawah dan koefisien lapisan empiris dengan modulus resilien pada masingmasing lapisan dengan jelas menunjukkan kecenderungan metode mekanistik. Modulus resilien adalah modulus elastis pada beban berulang, bisa ditentukan dengan tes laboratorium. 16

17 DYNAMIC LOADS Semua metode yang dibahas sejauh ini didasarkan pada beban statis atau bergerak dan tidak mempertimbangkan efek inersia karena beban dinamis. Mamlouk (1987) menggambarkan sebuah program komputer yang mampu mempertimbangkan efek inersia dan menunjukkan bahwa efek tersebut paling terasa saat batuan dangkal atau batuan bawah tanah beku ditemui. 17

18 DYNAMIC LOADS Monismith et al. (1988) menunjukkan bahwa, untuk perkerasan aspal beton, tidak perlu melakukan analisis dinamik yang lengkap. Efek inersia dapat diabaikan dan respon dinamis lokal dapat ditentukan dengan metode statis dasarnya dengan menggunakan sifat material yang sesuai dengan laju pemuatan. Prosedur perancangan saat ini tidak mempertimbangkan kerusakan yang disebabkan oleh kekasaran perkerasan. Karena truk menjadi lebih besar dan berat, beberapa keuntungan dapat diperoleh dengan merancang sistem suspensi yang tepat untuk meminimalkan efek kerusakan. 18

19 ROAD CONSTRUCTION Aggregates Asphalt/PCC BAHAN PERKERASAN JALAN Laboratory Exp. Design of Pavement Materials METODE PELAKSANAAN PERKERASAN JALAN Construction of Pavement Structures Evaluation of Pavement Structures Maintenance Programs of Pavement Structures MANAJEMEN PERKERASAN JALAN 19

20 KLASIFIKASI TANAH SISTEM UNIFIED Dikembangkan oleh Casagrande secara garis besar membedakan tanah menjadi 3 bagian: Tanah berbutir kasar, <50% lolos saringan no Secara visual terlihat berbutir kasar. Tanah berbutir halus, >50% lolos saringan no Tanah organik, dapat dikenali dari warna, bau dan sisa tumbuh-tumbuhan yang terkandung didalamnya. 20

21 KLASIFIKASI TANAH SISTEM UNIFIED 21

22 KLASIFIKASI TANAH SISTEM AASHTO Menurut sistem ini tanah dibagi menjadi 8 kelompok yang diberi nama dari A-1 sampai A-8. A-8 adalah kelompok tanah organik yang pada revisi terakhir oleh AASHTO diabaikan, karena kelompok ini memang tidak stabil sebagai bahan lapis perkerasan. Kelompok tanah berbutir kasar (<35% lolos saringan No. 200) Kelompok tanah berbutir halus (>35% lolos saringan No. 200) 22

23 KLASIFIKASI TANAH SISTEM AASHTO KELOMPOK TANAH BERBUTIR KASAR A-1, adalah kelompok tanah yang terdiri dari kerikil dan pasir kasar dengan sedikit atau tanpa butir-butir halus, dengan atau tanpa sifat-sifat plastis A-2, sebagai kelompok batas antara tanah berbutir kasar dengan tanah berbutir halus. Kelompok ini terdiri dari campuran kerikil/pasir dengan tanah berbutir halus yang cukup banyak (<35%) A-3, adalah kelompok tanah yang terdiri dari pasir halus dengan sedikit sekali butir-butir halus lolos saringan No. 200 dan tidak plastis 23

24 KLASIFIKASI TANAH SISTEM AASHTO KELOMPOK TANAH BERBUTIR HALUS A-4, adalah kelompok tanah lanau dengan sifat plastisitas rendah A-5, adalah kelompok tanah lanau mengandung lebih banyak butir-butir plastis, sehingga sifat plastisnya lebih besar dari kelompok A-4 A-6, adalah kelompok tanah lempung yang masih mengandung butir-butir pasir dan kerikil tetapi sifat perubahan volumenya cukup besar A-7, adalah kelompok tanah lempung yang lebih bersifat plastis. Tanah ini mempunyai sifat perubahan yang cukup besar 24

25 ASUMSI GRUP INDEKS AASTHO 1. Semua kelompok yang termasuk dalam kelompok A-1, A-2, dan A-3 kecuali A-2-6 dan A-2-7 adalah kelompok tanah yang baik untuk tanah dasar jalan atau dapat digunakan sebagai tanah dasar jalan dengan penambahan sedikit bahan pengikat 2. Material pada kelompok lain termasuk A-2-6 dan A-2-7 merupakan material yang kualitasnya sebagai tanah dasar berkurang dari A-2-5 sehingga membutuhkan lapisan pondasi bawah atau penambahan tebal lapisan pondasi atas 25

26 ASUMSI GRUP INDEKS AASTHO 3. Anggapan bahwa batasan tanah berbutir halus adalah 35% lolos saringan No.200 dan mengabaikan sifat plastisitasnya 4. Anggapan bahwa batas cair (liquid limit) adalah 40% 5. Anggapan bahwa batasan indeks plastis adalah 10% 26

27 GRUP INDEKS (GI) GI F LL F 15 PI 10 Dimana: GI = grup indeks F = jumlah persen lolos saringan No. 200 berdasarkan material yang lolos saringan 3 LL = batas cair PI = indeks plastis 27

28 KEPADATAN DAN DAYA DUKUNG TANAH Daya dukung tanah dipengaruhi oleh jenis tanah, tingkat kepadatan, kadar air, kondisi drainase, dan lain-lain Tingkat kepadatan tanah dinyatakan dalam prosentase berat volume kering tanah terhadap berat volume kering maksimum Daya dukung tanah dasar (subgrade) pada perencanaan perkerasan lentur dinyatakan dengan nilai CBR (California Bearing Ratio) CBR adalah perbandingan antara beban yang dibutuhkan untuk penetrasi dengan beban yang ditahan batu pecah standar. Dinyatakan dalam % 28