ASPEK GEOTEKNIK PADA PEMBANGUNAN PERKERASAN JALAN Prof. Dr.Ir.Hary Christady Hardiyatmo, M.Eng.,DEA Workshop Continuing Profesional Development (CPD) Ahli Geoteknik Hotel Ambara - Jakarta 3-4 Oktober 2016
PERKERASAN (PAVEMENT) Struktur perkerasan berfungsi untuk melindungi tanah-dasar (subgrade) dan lapisan-lapisan pembentuk perkerasan agar tidak mengalami tegangan dan regangan yang berlebihan oleh akibat beban lalu-lintas.
Fungsi perkerasan secara umum Memberikan struktur yang kuat dalam mendukung beban lalu-lintas. Memberikan permukaan rata bagi pengendara. Memberikan kekesatan (skid resistance) ) di permukaan perkerasan. Mendistribusikan beban kendaraan ke tanah-dasar sehingga terlindung dari tekanan yang berlebihan. Melindungi tanah-dasar dari pengaruh buruk perubahan cuaca.
PERKERASAN BETON DAN ASPAL Perkerasan kaku: Terdiri dari pelat beton di atas lapis pondasi bawah. Oleh kekakuan pelat beton Beban roda disebarkan lebih melebar hingga tekanan ke subgrade lebih kecil Perkerasan lentur: Terdiri dari beberapa lapis material yang menyebarkan beban ke subgrade. Tebal tiap komponen dibuat sedemikian hingga tidak ada deformasi permanen pada tiap lapisan
BEDA DISTRIBUSI TEKANAN RODA PERKERASAN LENTUR DAN KAKU Distribusi tekanan roda ke tanah dasar E1 Beban roda dipermukaan E2 Burmister (1958) Perkerasan lentur Perkerasan kaku (beton)
Fungsi bagian-bagian lapis perkerasan
SUBGRADE (TANAH DASAR) Tanah-dasar berfungsi sebagai alas/pondasi jalan, terdiri dari material dalam galian atau urugan dipadatkan dengan kedalaman tertentu di bawah dasar struktur perkerasan. Tebal subgrade 60 100 cm. Subgrade 60 100 cm Tanah timbunan
Fungsi : LAPIS PONDASI BAWAH (SUBBASE) Sebagai bagian dari struktur perkerasan untuk mendukung dan menyebarkan beban kendaraan. Sebagai lapisan drainase Untuk efisiensi penggunaan material, agar lapisan lain dapat dikurangi tebalnya (hemat biaya). Untuk mencegah butiran tanah-dasar masuk ke dalam lapis pondasi. Sebagai lapisan pertama (landasan kerja), agar pelaksanaan pembangunan jalan berjalan lancar.
Lapis pondasi (base course) Fungsi: Menyebarkan tekanan akibat beban-beban lalu lintas agar tanah-dasar (subgrade) tidak mengalami tekanan berlebihan. Sebagai landasan peletakan lapis permukaan. Sebagai lapisan drainase, bila air hujan merembes lewat retakan atau sambungan.
Komponen perkerasan Seal coat Lapis aus Tack coat Lapis pengikat Prime coat Lapis pondasi (base) Lapis pondasi bawah (subbase) Tanah-dasar dipadatkan (compacted subgrade) Timbunan/ tanah asli a) lentur Perkerasan lentur (aspal) Lapis permukaan Pelat beton semen Portland Lapis pondasi bawah (subbase) atau tanpa Tanah-dasar dipadatkan (compacted subgrade) Timbunan/ tanah asli b) Perkerasan kaku Perkerasan kaku (beton) Lapis tambahan AC Perkerasan kaku lama Perkerasan komposit Untuk full depth asphalt pavement tidak perlu base/subbase
Perkerasan lentur (aspal) Susunan: Pelat beton Lapis pondasi (base) Lapis pondasi bawah (subbase) Subgrade
Perkerasan kaku (beton) Susunan: Pelat beton Lapis pondasi (pilihan) Lapis pondasi bawah Subgrade
Tipe-tipe PERKERASAN KAKU (BETON) Perkerasan beton tak bertulang bersambungan (Jointed plain concrete pavement JPCP) Perkerasan beton bertulang bersambungan (Jointed reinforced concrete pavement JRCP) Perkerasan beton bertulang kontinyu (Continuous reinforced concrete pavement CRCP)
Perkerasan beton tak bertulang bersambungan (Jointed Plain Concrete Pavement, JPCP) 4-6 m 4-6 m Denah Kelemahan perkerasan beton di sambungannya Sambungan melintang (dengan atau tanpa dowel) Sambungan longitudinal (dengan tiebars)
DOWEL SEBAGAI ALAT TRANSFER BEBAN
Dowel
Penempatan Dowel Thin coating
DIAMETER DOWEL.Tebal pelat Diameter dowel beton (D) in. mm in. mm 6 150 ¾ 19 7 175 1 25 8 200 1 25 9 225 1¼ 32 10 250 1¼ 32 11 275 1¼ 32 12 300 1½ 38 13 325 1½ 38 14 350 1½ 38 Jarak dowel 300 mm Panjang dowel 450 mm PEMASANGAN SANGAT BURUK Mutu baja grade 250R ( Austroad, 1992 dan Pd T-14-2003)
Perkerasan beton tak bertulang bersambungan (Jointed Plain Concrete Pavement, JPCP)
Perkerasan beton bertulang bersambungan (Jointed Reinforced Concrete Pavement, JRCP) 9-30 m) Denah Tulangan (0.15 s/d 0.25%) Sambungan melintang (dengan dowel) Longitudinal Joint (dengan tiebar)
PERKERASAN BETON BERTULANG BERSAMBUNGAN (JOINTED REINFORCED CONCRETE PAVEMENT, JRCP)
Perkerasan beton bertulang kontinyu (Continuos Reinforced Concrete Pavement, CRCP) PLAN VIEW Tulangan kontinyu (0.6 to 0.8%) Retak tipikal berjarak (0.9-2.4 m) Sambungan longitudinal (dengan tiebar)
Continuous reinforced concrete pavement - CRCP
Fungsi membran pada perkerasan beton Membran aspal semprot berfungsi sebagai pemisah antara beton dan subbase. Bila dipakai membran polythene,berfungsi untuk (O Flaherty, 2001): 1) Mereduksi gesekan antara dasar pelat beton dan lapis pondasi bawah (mencegah retak susut) 2) Mencegah tercampurnya material di bawah pelat dengan adukan beton dan/atau 3) Mencegah hilangnya air dan butiran halus dari adukan beton yang masuk ke dalam lapis pondasi bawah (atau tanah-dasar). Sprayed bitumen seal
Pengaruh lingkungan terhadap struktur perkerasan
PENGARUH TEMPERATUR Perubahan temperatur terhadap struktur perkerasan aspal menyebabkan (FHWA, 2006): Material aspal turun modulusnya akibat kenaikan temperatur. Di musim dingin, sekitar 14.000-20.000 MPa menjadi sekitar 700 MPa di musim panas. Temperatur dan kelembaban dapat mengakibatkan defleksi dan tegangan yang signifikan, sehingga merusakkan perkerasan kaku (beton). Material terikat semen dapat rusak selama siklus basah-kering, sehingga mereduksi modulus dan menambah defleksi permukaan.
CURLING & WARPING pada perkerasan beton Siang Malam
Pengaruh air
Masalah sambungan pumping dan masuknya material keras ke dalam celah Material keras Spalling/gompal Sambungan harus ditutup (digunakan sealant)
MASALAH UTAMA PERKERASAN BETON PUMPING Butiran halus terpompa Arah lalu-lintas Air terkumpul Lapis pondasi bawah RONGGA AKIBAT PUMPING
PENGARUH ADANYA RONGGA DI BAWAH PELAT MENGURANGI MODULUS REAKSI SUBGRADE (K) 1.000 Modulus reaksi tanah dasar efektif, (k) (pci) (dikoreksi terhadap kehilangan dukungan, LS) 500 100 50 10 5 170 (170) LS = 0 1 2 3 570 (540) Tabel 5.7 Faktor kehilangan dukungan (loss of support factor, LS) (AASHTO, 1993) Tipe material (1 psi = 6,9 kpa) Cement treated granular base (E = 1.000.000 2.000.000 psi) Campuran agregat semen (E = 500.000 1.000.000 psi) Asphalt treated base (E = 350.000 1.000.000 psi) Bituminous stabilized mixtures (E = 40.000 300.000 psi) Distabilisasi kapur (lime stabilized) (E = 20.000 70.000 psi) Material granuler tak-rekat (E = 15.000 45.000 psi ) Butiran halus/material subgrade natural (E = 3.000 40.000 psi) LS 0 1 0 1 0 1 0 1 1 3 1 3 2 3 5 10 50 100 500 1000 2000 Modulus reaksi tanah dasar efektif, (k) (pci) Dalam metoda AASHTO pengaruh rongga dinyatakan dalam loss of support factor
Pengaruh merusak air pada perkerasan dan tanah-dasar (AASHTO, 1993) Air merusak aspal, mengurangi modulus (>30% >30%) dan menghilangkan kuat tarik. Kenaikan kadar air dalam agregat lapis pondasi dan pondasi bawah granuler, mengurangi kekakuan material tersebut hingga >50%-nya. Pada lapis pondasi dirawat aspal (asphalt treated base, ATB), kenaikan kelembaban mengurangi modulus hingga 30%, dan menambah kemudahan tererosi pada lapis pondasi dirawat semen atau kapur. Penjenuhan tanah-dasar berbutir halus menyebabkan berkurangnya modulus hingga 50%.
PROBLEM PENGURANGAN DAYA DUKUNG PERKERASAN Masuknya air ke dalam struktur perkerasan Water table
Penanganan air Penutup kedap air Perkerasan Penutup kedap air Muka air tanah awal Material lolos airr dibungkus geotekstil Drainase samping Minimum 1,2 m Muka air tanah setelah pemasangan drainase bawah Drainase samping
Syarat penutup retakan perkerasan aspal Untuk perkerasan aspal sealant harus (Asphalt Institute, MS-16): Mempunyai sifat lentur dan elastis Aplikasinya mudah Stabil terhadap pengaruh temperatur (thermal stability) Mempunyai adhesi atau kelekatan Mempunyai keawetan (durability) Tidak mudah melunak Tahan terhadap penuaan (aging) Mempunyai kecocokan sifat dengan aspal Tahan terhadap pengaliran (resistance to flow).
PENUTUP SAMBUNGAN (JOINT SEALANT) pada PERKERASAN BETON SYARAT JOINT SEALANT : Tahan terhadap gerakan horizontal dan geseran vertikal pada sembarang temperatur. Tahan terhadap pengaruh lingkungan (pelapukan, temperatur ekstrim, dan kelembaban air). Tahan terhadap pengaruh penetrasi pasir dan batuan ke dalam sambungan pada sembarang temperatur. Mampu menjaga ikatan yang kuat dengan dinding sambungan beton pada sembarang temperatur.
Pananganan air masuk dalam struktur perkerasan (AASHTO, 1993)
MASALAH TANAH-DASAR (SUBGRADE)
Tanah-Dasar Pada Tanah Asli Umumnya tidak ada masalah penurunan akibat beban perkerasan, kecuali jika tanahnya sangat lunak. Bila tanah asli tidak memenuhi syarat daya dukung, maka harus dilakukan perbaikan tanah atau penggantian tanah. Tanah-dasar setempat yang berdaya dukung rendah dapat distabilisasi dengan semen, kapur atau bahan yang lain.
Tanah-Dasar Pada Galian Hal penting yang harus diperhatikan adalah drainase dan stabilitas lerengnya. Hal ini, karena pada lokasi tersebut, arah aliran air turun mengarah pada struktur perkerasan, dan muka air tanah lebih mendekati dasar dari perkerasan. Seringkali, pada daerah ini diperlukan perkuatan lereng yang berada di dekat perkerasan.
Tanah Dasar Pada Timbunan Penurunan timbunan yang berlebihan menyebabkan bagian tengah melengkung ke bawah yang berakibat timbulnya retak memanjang di sepanjang perkerasan. Biasanya digunakan drainase vertikal untuk percepatan konsolidasi. Penurunan timbunan adalah hasil dari: 1. Kompresi tanah timbunannya sendiri. 2. Konsolidasi tanah (penurunan) dari pondasi timbunan.
PENURUNAN TIMBUNAN PADA TANAH LUNAK Sebelum S Sesudah H Tanah lunak Deformasi TIMBUNAN merusak perkerasan di atasnya
Drainase vertikal Maksud dipasang drainase vertikal agar setelah pembangunan perkerasan selesai, penurunan konsolidasi sudah kecil sehingga penurunan yang terjadi setelah pembangunan tidak merusak perkerasan.
(Sumber: Geosystem)