Disampaikan oleh : YASRUDDIN
Program Studi Teknik Sipil – Fakulktas Fakulktas Teknik Universitas Lambung Mangkurat Banjarmasin
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 •
Metode AASHTO AASHTO adalah perhitungan tebal perkerasan secara umum sudah dipakai di seluruh dunia untuk perencanaan serta di adopsi sebagai standar perencanaan di berbagai negara. Metode AASHTO 1993 1993 ini pada dasarnya adalah metode perencanaan yang didasarkan pada metode empiris.
•
Parameter yang dibutuhkan pada perencanaan menggunakan Metode AASHT Metode AASHTO O 1993 ini 1993 ini antara lain adalah : a. Structural Number (SN) (SN) b. Lalu lintas c. Reliability d. Faktor drainase e. Serviceability
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Bagan Alur Desain Metode AASTHO 1993
Modulus resilient (MR)
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Structural Number Siegfried dan Rosyidi (2007), Stuctural Number merupakan fungsi dari ketebalan lapisan, koefisien relatif lapisan, dan koefisien drainase. Untuk Stuctural Number dalam AASHTO 1993 dinyatakan dalam rumus :
SN = a1 D1 + a 2 D2 m2 + a3 D3 m3 dimana : ai = koefisien relatif lapis ke-i Di = tebal masing-masing lapis perkerasan ke-i (cm) mi = koefisien drainase lapis ke-i SN = Structural Number
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Nilai Tebal Minimum (Inch) Lalu Lintas (ESALs)
Aspal beton
Agregat Pondasi Atas
< 50.000
1,0
4
50.001 – 150.000
2,0
4
150.001 – 500.000
2,5
4
500.001 – 2.000.000
3,0
6
2.000.001 – 7.000.000
3,5
6
> 7.000.000
4,0
6
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Lalu lintas Parameter lalu lintas yang digunakan dalam perencanaan lalu lintas didasarkan pada jenis kendaraan, volume, tingkat pertumbuhan, faktor kerusakan, umur rencana, faktor distribusi lajur dan arah serta equivalent single axle load (ESAL). Faktor distribusi arah (D o) = 0,3 - 0,7 dan umumnya diambil 0,5 Faktor distribusi lajur (DL) dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Jumlah Lajur Setiap Arah
Persen dari 18-kip ESAL Untuk Lajur Rencana (%)
1
100
2
80 – 100
3
60 – 80
4
50 - 75
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Lalu lintas Untuk menentukan equivalent single axle load (ESAL) digunakan rumus :
W18 =
Nn
∑ LHR x DF x D j
j
A
x D L x 365
Ni
Dimana : W18 = Equivalent Single Axle Load (lalu lintas pada lajur) LHRj = Jumlah lalu lintas harian rata-rata 2 arah DF = Foktor kerusakan DA = Faktor distribusi arah DL = Faktor distribusi lajur Nn = Lalu lintas pada tahun pertama jalan dibuka Ni = Lalu lintas pada tahun akhir umur rencana
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Lalu lintas Nilai koefisien ESAL/kendaraan diperlihatkan pada tabel (1 + g )n − 1 ESALs untuk n thn = ESALs / thn x g di mana: g = Faktor pertumbuhan lalu lintas n = Umur rencana Kelas
Tipe
Koefisien ESALs/Kendaraan
1
Motor
-
2
Mobil penumpang
-
3
Mobil 2 as
-
4
Bus
0,57
5
Truk 2 as
0,26
6
Truk 3 as
0,42
7
Truk 4 as atau > 4
0,42
8
Truk trailer 4 as atau < 4
0,30
9
Truk trailer 5 as
1,20
10
Truk trailer 6 as atau > 6
0,93
11
Truk multi trailer 5 as atau < 5
0,82
12
Truk multi trailer 6 as
1,06
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Reliabilitas ( R e l i a b i l i t y ) Reliabilitas (R) adalah nilai probabilitas dari kemungkinan tingkat pelayanan dapat dipertahankan selama masa layan dan nilai jaminan bahwa perkiraan beban lalu lintas yang akan memakai jalan tersebut dapat dipenuhi. Reliabilitas dapat dinyatakan dalam tingkat reliabilitas (level of reliability ), A ASHTO 1993 memberikan nilai R seperti diperlihatkan pada tabel berikut ini : Fungsi Jalan
Tingkat Keandalan (R), % Urban
Rural
Jalan Tol
85 – 99,9
80 – 99,9
Arteri
80 – 99
75 – 95
Kolektor
80 – 95
75 – 95
Lokal
50 – 80
50 – 80
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Pengaplikasian dari konsep reliabilitas ini diberikan juga dalam parameter standar deviasi (Z R) yang mempresentasikan kondisi lokal dari ruas jalan yang direncanakan serta tipe perkerasan antara lain perkerasan lentur ataupun perkerasan kaku. Secara garis besar pengaplikasian dari konsep reliabilitas sebagai berikut: a. Hal pertama yang harus dilakukan adalah menentukan klasifikasi dari ruas jalan yang akan direncanakan. Klasifikasi ini mencakup apakah jalan tersebut adalah jalan dalam kota (urban) atau jalan antar kota (rural). b. Tentukan tingkat reliabilitas berdasarkan nilai rencana ESAL pada tabel berikut ini : Nilai Rencana ESAL (106)
Reabilitas
< 0,1
75
0,1 – 5,0
85
5,0 – 10,0
90
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Satu nilai standar deviasi (So) harus dipilih. Nilai ini mewakili dari kondisi-kondisi lokal yang ada. Berdasarkan data dari jalan percobaan AASHTO ditentukan nilai So sebesar 0,30-0,40 untuk rigid dan 0,40-0,50 untuk flexible pavement. Hal ini berhubungan dengan total standar deviasi sebesar 0,40 dan 0,50 untuk lalu lintas untuk jenis perkerasan rigid dan flexible. Dari nilai reliabilitas ini, maka dapat ditentukan nilai Standar Normal Deviasi (ZR) diperlihatkan pada tabel berikut ini :
Reliabilitas (%)
Standar Normal Deviasi (Z R)
50
-0,000
60
-0,253
70
-0,524
75
-0,674
80
-0,841
85
-1,037
90
-1,282
91
-1,340
92
-1,405
93
-1,476
94
-1,555
95
-1,645
96
-1,751
97
-1,881
98
-2,054
99
-2,327
99,9
-3,090
99,99
-3,750
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Faktor Drainase Dalam Metode AASHTO 1993 sistem drainase sangat mempengaruhi kinerja jalan. Tingkat kecepatan pengeringan air yang jatuh atau terdapat pada konstruksi jalan raya bersama-sama dengan beban lalu lintas dan kondisi permukaan jalan sangat mempengaruhi umur pelayanan jalan. AASHTO 1993 membagi Kualitas Drainase ini menjadi lima tingkat seperti yang diperlihatkan pada tabel berikut ini : Kualitas drainase
Waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan air
Baik sekali
2 jam
Baik
1 hari
Cukup
1 minggu
Buruk
1 bulan
Buruk sekali
Air tak mungkin dikeringkan
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Berdasarkan kualitas dari drainase pada lokasi jalan tersebut maka dapatlah ditentukan koefisien drainase. AASHTO 1993 memberikan daftar koefisien drainase seperti yang terlihat pada tabel berikut ini : Kualitas Drainase
Persen waktu perkerasan dalam keadaan lembab-jenuh <1
1-5
5 - 25
> 25
Baik sekali
1,40 – 1,35
1,35 – 1,30
1,30 – 1,20
1,20
Baik
1,35 – 1,25
1,25 – 1,15
1,15 – 1,00
1,00
Cukup
1,25 – 1,15
1,15 – 1,05
1,00 – 0,80
0,80
Buruk
1,15 – 1,05
1,05 – 0,80
0,80 – 0,60
0,60
Buruk Sekali
1,05 – 0,95
0,95 – 0,75
0,75 – 0,40
0,40
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Penilaian koefisien drainase (m) dapat juga menggunakan pendekatan berdasarkan kondisi lapangan, terutama untuk desain rekonstruksi perkerasan lentur yang ada (Indonesia Infrastructure Initiative, 2011). Nilai koefisien drainase berdasarkan kondisi lapangan pada tabel berikut ini : No
Kondisi Lapangan
1
Jalan di daerah galian, mempunyai drainase bawah permukaan dan free draining. (drainase bawah permukaan selalu berada diatas muka air banjir) Jalan di atas tanah timbunan dengan day-lighting subbase (dianggap tidak akan tergenangi air) Jalan berada pada daerah relatif datar dan level tanah asli dan mempunyai drainase bawah permukaan, Jalan di atas tanah timbunan dengan tepi yang bersifat permeabel rendah serta boxed subbase Jalan yang tidak mempunyai drainase bawah permukaan berada pada daerah galian, pada tanah asli ataupun daerah timbunan dengan lebar impermeable tepi >500 mm Jalan dimana tanah dasarnya selalu dalam keadaan jenuh pada waktu musim hujan. Tidak mempunyai titik pembuangan untuk drainase bawah permukaan.
2 3 4 5
6
Nilai m 1,2 1,2 1,0 0,9 0,7 0,4
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Indeks Permukaan ( Ser v i cea b i l i t y ) •
Serviceability merupakan tingkat pelayanan yang diberikan oleh sistem perkerasan yang kemudian dirasakan oleh pengguna jalan.
•
Untuk serviceability ini parameter utama yang dipertimbangkan adalah nilai Present Serviceability Index (PSI). Nilai serviceability ini merupakan nilai yang menjadi penentu tingkat pelayanan fungsional dari suatu sistem perkerasan jalan.
•
Secara numerik serviceability ini merupakan fungsi dari beberapa parameter antara lain ketidakrataan, jumlah lobang, luas tambalan, dll.
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Nilai serviceability ini diberikan dalam beberapa tingkatan antara lain : a. Untuk perkerasan yang baru dibuka (open traffic) nilai serviceability ini diberikan sebesar 4.0 – 4.2. Nilai ini dalam terminologi perkerasan diberikan sebagai nilai initial serviceability (Po). b. Untuk perkerasan yang harus dilakukan perbaikan pelayanannya, nilai serviceability ini diberikan sebesar 2.0. Nilai ini dalam terminologi perkerasan diberikan sebagai nilai terminal serviceability (Pt). c. Untuk perkerasan yang sudah rusak dan tidak bisa dilewati, maka nilai serviceability ini akan diberikan sebesar 1.5. Nilai ini diberikan dalam terminologi failure serviceability (Pf).
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Layer Koefisien (a) 1. Layer Koefisien AC-WC dan Binder Coutse (BC) • • •
Marshall stability 1.110 kg = 2.432 lb Resilient modulus Eac ≥ 450.000 psi (AASHTO 93 hal II – 7) Structural layer coefisient a1 = 0,42 (AASHTO 93 hal II – 18)
2. Layer Koefisien Asphalt Treated Base (ATB) • Marshall stability 900 kg = 1.982 lb • Structural layer coefisient a2 = 0,42 (AASHTO 93 hal – 24) 3. Layer Koefisien Agregat Base Kelas A • CBR = 80 % • Structural layer coefisient a2 = 0,14 (AASHTO 93 hal – 21) 3. Layer Koefisien Agregat Base Kelas B • CBR = 40 % • Structural layer coefisient a3 = 0,12 (AASHTO 93 hal – 21) 3. Layer Koefisien Cement Treated Base • Kuat tekan pada umur 7 hari = 70 kg/cm3 = 1.100 psi • Structural layer coefisient a3 = 0,26 (AASHTO 93 hal – 23)
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Layer Koefisien (a)
Grafik menentukan koefisien kekuatan relatif (a 1)
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Layer Koefisien (a)
a2 = 0,249 (log EBS) – 0,977
Variasi koefisien kekuatan relatif lapis pondasi granular (a2)
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Layer Koefisien (a)
a3 = 0,227 (log ESB) – 0,839
Variasi koefisien kekuatan relatif lapis pondasi granular (a3)
Tabel 2.24
Koefisien kekuatan relatif bahan jalan (a)
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Layer Koefisien (a) Koefisien kekuatan relatif
Kekuatan bahan minimum
Jenis Bahan
Moduus elastisitas Stabilitas
1.
(Mpa)
(x1000 psi)
Marshall (kg)
Kuat tekan bebas (kg/cm2)
minimum
ITS
CBR
(kPa)
(%)
a1
a2
Lapis Permukaan Laston Modifikasi -
Lapis aus modifikasi
3.200(5)
460
1000
0,414
-
Lapis antara Modifikasi
3.500(5)
508
1000
0,360
Laston -
Lapis Aus
3.000(5)
435
800
0,400
-
Lapis Antara
3.200(6)
464
800
0,344
2.300(5)
340
800
0,350
Lapis Fondasi Laston Modifikasi
3.700(5)
536
2250 (2)
0,305
Lapis Fondasi Laston
3.300(5)
480
1800 (2)
0,290
Lataston 1.
Lapis Aus
Lapis Fondasi
a3
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Layer Koefisien (a) Koefisien kekuatan relatif
Kekuatan bahan minimum
Jenis Bahan
Moduus elastisitas Stabilitas
Lapis Fondasi Lataston
minimum
(Mpa)
(x1000 psi)
2.400(5)
350
Marshall (kg)
Kuat tekan bebas
(kg/cm2)
ITS
CBR
(kPa)
(%)
a1
a2
800
Lapis Fondasi LAPEN
0,190
CMRFB (Cold Mix Recycling Foam Bitumen)
300 Beton Padat Giling (BPG/RCC) CTB
CTRB (Cement Treated Recycling Base) CTSB (Cement Treated Su bBase) CTRSB (Cement Treated Recycling SubBase)
0,270
5.900
850
70 (3)
0,230
5.350
776
45
0,210
4.450
645
35
0,170
4.450
645
35
0,170
4.270
619
30
0,160
a3
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Layer Koefisien (a) Koefisien kekuatan relatif
Kekuatan bahan minimum
Jenis Bahan
Moduus elastisitas Stabilitas
Tanah Semen Tanah Kapur Agregat Kelas A
minimum
Marshall (kg)
Kuat tekan 2
bebas (kg/cm )
ITS
CBR
(kPa)
(%)
a1
a2
a3
(Mpa)
(x1000 psi)
4.000
580
24 (4)
0,145
3.900
566
20 (4)
0,140
200
29
90
125
18
60
0,125
103
15
35
0,112
0,135
3. Lapis Fondasi Bawah Agregat Kelas B Agregat Kelas C Konstruksi Telford -
Pemadatan Mekanis
52
0,104
-
Pemadatan Manual
32
0,074
10
0,080
Material Pilihan (Selected Material)
84
12
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Menentukan Structural Number (SN) Structural Number (SN) ditentukan dengan rumus berikut ini :
Po − Pt Po − Pf
log10 log 10 W 18 = Z R So + 9,36 log10 ( SN + 1) − 0,20 +
0,40 +
1094
+ 2,32 log10 Mr − 8,07
(SN + 1)5,19
di mana: W18 = Kumulatif beban gandar standar selama umur perencanaan (ESAL). ZR = Standard Normal Deviate. So = Combined standard error dari prediksi lalu lintas dan kinerja. SN = Structural Number. Po = Initial serviceability. Pt = Terminal serviceability. Pf = Failure serviceability. Mr = Modulus resilien (psi)
Structural Number (SN) dapat juga ditentukan dengan menggunakan garik dari masing-masing hubungan parameter perencanaan, grafik untuk menentukan nilai SN pada gambar berikut ini :
Parameter Desain Metode AASHTO 1993 Grafik Menentukan Nilai Structural Number (SN)
Menentukan Tebal Perkerasan Tebal perkerasan ditentukan dengan rumus berikut ini :
SN =
∑a ×D =a D i
i
1
1
+ a 2 D 2 m 2 + a 3 D3 m3
dimana : SN = Structural Number a1 = Layer Coefisient D1 = Tebal masing-masing perkerasan Inchi) M2, M3 = Koefisien Drainase Lapisan Base dab Sub Base a. Structure Number 1 • Resilient modulus base (bahan sesuai dengan direncanakan) • Serviceability loss (∆PSIo)
D1 =
SN1 a1
Menentukan Tebal Perkerasan b. Structure Number 2 • Resilient modulus base (bahan sesuai dengan direncanakan) *
D2 = •
SN 2 − SN1 a 2 .m 2
SN* = Structure number lapisan yang terpasang
c. Structure Number 3 *
*
SN 3 = SN − SN1 − SN 2
D3 =
SN 3 a 3 .m 3
Menentukan Tebal Perkerasan Metode AASHTO ’93 memberikan rekomendasi untuk memeriksa kemampuan masing-masing lapisan untuk menahan beban yang lewat menggunakan prosedur seperti yang diberikan pada langkah berikut ini : D
* 1
*
SN
SN1
≥
a1
1 =
a1 D
*
SN1
SN1
1 ≥
SN2
*
D
*
≥
2
*
SN
D* 3
SN2 − SN a2 *
1
SN3
1
+ SN
≥
2
SN3
Surface Course
D1
Base Course
D2
Sub Base Course
D3
≥ SN2 −
*
(SN 1 a3
+
SN
*
KetentuanPerencanaan Menurut AASHTO ‘93 2
)
Dimana : a1 = Koefisien layer masing-masing lapisan D1 = Tebal masing-masing lapisan SN1 = Structural Number masing-masing lapisan Keterangan : D dan SN yang mempunyai asterisk (*) menunjukkan nilai aktual yang digunakan dan nilainya besar atau sama dengan nilai yang dibutuhkan.
C ontoh Perhitungan Metode AASHTO 1993 Jalan Anjir Muara ke Batas Kalteng dengan kondisi lalu lintas sedang dengan nilai kumulatif beban gandar standar ekivalen sebesar 300.000 ESA. Komposisi lapisan yang direncanakan adalah sebagai berikut : • Lapis permukaan ACWC. • Lapis Pondasi Ac Base. • Lapis Pondasi Agregat. Sedangkan untuk metode perhitungan yang digunakan adalah metode AASHTO ’93 dengan mengambil parameter-parameter sebagai berikut : • Initial Present Serviceability Index (Po) = 4.0 • Terminal Serviceability Index (Pt) = 1.5 • Failure Serviceability Index (Pf) = 2.0 • Standard Deviate (So) = 0.45 • Raliability = 95 %, hal ini memberiakan Zr = - 1.645 • Untuk bahan pembentuk perkerasan digunakan sebagai berikut : • Lapisan aus dari ACWC dengan Modulus Elastisitas 2,000 MPA dan layer coeffisient a = 0.45 • Lapisan pondasi beraspal terdiri dari AC Base dengan Modulus Elastisitas 1,500 MPA dan layer coeffisient a = 0.30 • Lapis pondasi berbutir terdiri dari lapis pondasi atas dengan CBR 90 % dan Modulus Elastisitas 200 Mpa (dari hubungan CBR dan Modulus di buku AASTHO ’95) dan layer coeffisien 0.13. • Tanah dasar dengan CBR sebesar 6 % (CBR yang disiapkan) dan Modulus Elastisitas 60 Mpa.
C ontoh Perhitungan Metode AASHTO 1993 Berdasarkan hasil perhitungan perencanaan tebal perkerasan untuk lalu lintas 300.000 CESA diberikan pada Gambar 2, sedangkan hasil perhitungan secara tabel diberikan pada Tabel 1, berikut ini : ACWC 5 cm
AC Base 9 cm
Lapis Pondasi 19 cm
Gambar 2. Sistem Perkerasan Untuk 300.000 CESA Tabel 1. Perhitungan SN dan Tabel Perkerasan SN
Design Life 300.000 CESA
SN1 SN2 SN3
0.65 1.80 2.80
a
D (inchi)
0.40 0.30 0.13
2.0 3.5 7.5
D(cm) 5.0 9.0 19.0
Tabel 2. Checking Out Tabel untuk Alternatif 3 D*1 (cm) SN*1 D*2 (cm) SN*1 + SN*2 D* (cm)
≥
= ≥
= ≥
4.1 0.8 8.6 1.9 18.6
Ok, karena terpasang 5 cm Ok, karena besar sama dengan SN 1 Ok, karena terpasang 9 cm Ok, karena besar sama dengan SN 2 Ok, karena terpasang 19 cm
