1
METODE AASHTO 1993 1.
Teori Dasar Metode AASHTO’93 merupakan perluasan dari metode AASHTO’72 dengan tambahan beberapa parameter baru. Modifikasi-modifikasi parameter tersebut adalah sebagai berikut : Parameter Daya Dukung Tanah diganti dengan Modulus Residen (Mr). Parameter Koefisien Relatif Lapisan untuk berbagai macam material dibedakan atas Modulus resilennya dan nilai CBR-nya. Parameter Faktor Lingkungan seperti kelembaban dan suhu ditambahkan untuk mempertimbangkan pengaruh lingkungan terhadap perencanaan. Parameter ini menggantikan parameter faktor regional pada metode sebelumnya. Parameter Reliabilitas atau tingkat keandalan (R) diperkenalkan pada metode ini agar perencana dapat menganalisa tingkat resiko yang dihasilkan dari berbagai macam kelas jalan. Parameter baru lainnya yaitu seperti simpangan baku keseluruhan (So) dan koefisien drainase (mi). Sehingga didapatkan rumus metode AASHTO’93 untuk menghitung Indeks Tebal Perkerasan sebagai fungsi dari faktor-faktor yang mempengaruhi adalah : PSI 4,2 1,5 1094
log10 W18 Z R S o 9,36 log10 SN 1 0,20
log10 0,40
2,32 log10 M R 8,07
SN 1 5,19
Dimana : W18 = lintas ekivalen selama umur rencana. Zr = simpangan baku So = gabungan simpangan baku SN = indeks tebal perkerasan ΔPSI = selisih indeks permukaan awal dan akhir Mr = modulus resilen tanah dasar (psi) Dan untuk menentukan tebal masing-masing lapisan mempergunakan rumus sebagai berikut : SN a1 D1 a 2 D2 m2 a 3 D3 m3
Dimana : ai = koefisien relatif lapis ke i Di = tebal lapis ke i mi = koefisien drainase lapis ke i SN = indeks tebal perkerasan Menurut AASHTO’93 parameter-parameter desainnya adalah sebagai berikut : 1.1
Batasan Waktu Batasan waktu ini meliputi penentuan umur kinerja jalan (Performance periode) dan umur rencana (analisis periode) Tabel dibawah ini menyajikan hubungan antara Umur Rencana dengan kondisi jalan raya pada umumnya.
2 Kondisi Jalan Raya Kota dengan LL tinggi Desa dengan LL tinggi Jalan dengan LL rendah Agregat permukaan dengan LL rendah 1.2
Umur Rencana (Th) 30 – 50 20 – 50 15 – 25 10 – 20
Lalu Lintas Volume lalu lintas harus didistribusikan pada suatu arah suatu jalur untuk tujuan perencanaan. Distribusi arah (DD) biasanya ditentukan pada masing-masing arah sebesar 0.5 (50%), tetapi bisa juga berkisar 0,3 – 0,7. untuk distribusi jalur (D L), harga-harga yang berbeda diberikan tergantung pada total jalur yang ada pada suatu arah. Sehingga menurut AASHTO’93, volume lalu lintas pada tahun pertama adalah : W18 D D D L w18
Dimana : DD = faktor distribusi arah DL = faktor distribusi jalur W18 = total dua arah 18 kip ESAL selama umur rencana. Jumlah jalur pada masing-masing arah 1 2 3 4 1.3
Persen 18 kip ESAL pada jalur rencana (DL) 100 80 – 100 60 – 80 50 – 75
Reliabilitas dan Gabungan Kesalahan Baku Reliabilitas mempunyai pengertian yang berkaitan dengan tingkat kepastian pada proses perencanaan untuk menjamin bahwa variasi alternatif perencanaan akan mencapai akhir periode analisa, dengan rumus sebagai berikut : R FR
1/ n
Dimana : FR = faktor keandalan n = jumlah tahap perencanaan termasuk perkerasan aslinya AASHTO merekomendasikan nilai Reliabilitas (R) menurut klasifikasi fungsional jalan yang direncanakan sesuai tabel dibawah ini : Tabel 1.3. Perkiraan Tingkat Keandalan (R) untuk berbagai klasifikasi Jalan Menurut Fungsinya. Klasifikasi Fungsional Jalan antar kota dan bebas hambatan Jalan arteri Jalan kolektor Jalan lokal
Reliabilitas yang direkomendasikan Dalam Kota Luar Kota 85-99.9 80-99.9 80-99 75-95 80-95 75-95 50-80 50-80
Untuk suatu tingkat keandalan yang diberikan (R), faktor keandalan merupakan fungsi dari gabungan kesalahan baku (So) yang bernilai antara 0.4-0.5 menurut AASHTO’93.
3 Sedangkan nilai Simpangan Baku Normal (ZR) ditentukan berdasarkan Tingkat Keandalan (R) yang dipilih, seperti yang tersaji pada tabel II.4 dibawah. Tabel 4
Harga Simpangan Baku Normal (ZR) berkaitan dengan tingkat Keandalan yangdipilih. Tingkat Keandalan (R) 50 60 70 75 80 85 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 99.9 99.99
1.4
Simpangan Baku Normal (ZR) -0.00 -0.253 -0.524 -0.674 -0.841 -1.037 -1.282 -1.340 -1.405 -1.476 -1.555 -1.645 -1.751 -1.881 -2.054 -2.327 -3.090 -3.750
Faktor Lingkungan Kondisi lingkungan sangat mempengaruhi masa pelayanan jalan dengan beberapa cara. Perubahan suhu dan kelembaban dapat berpengaruh pada kekuatan, ketahanan dan kapasitas beban yang dapat dipikul oleh perkerasan dan material tanah dasarnya. Dampak lainnya adalah akibat langsung dari pengembangan tanah dasar, naiknya perkerasan, daya angkat karena pembekuan yang akan menyebabkan kehilangan kualitas dan tingkat pelayanan jalan. Tujuan dari analisa lingkungan ini adalah untuk menghasilkan grafik kehilangan tingkat pelayanan yang timbul karena dampak lingkungan seperti pengembangan tanah dan daya angkat karena pembekuan sejalan dengan waktu, seperti pada contoh gambar 1 :
Gambar 1 Grafik hubungan antara IP swell dan jumlah Tahun dari jalan tersebut dibuka
4 Besarnya penurunan indeks permukaan akibat pengembangan (swell) merupakan fungsi dari tingkat pengembangan (swel rate constant), kemungkinan pengembangan (swell probability), dan besarnya potensi merembes keatas (potential vertical rise). IP swel = 0.00335 Vr Ps 1 et Dimana : IP swel = Perubahan indeks permukaan akibat pengembangan tanah dasar. Vr = Besarnya potensi merembes keatas (inchi) Ps = Probabilitas pengembangan (%) θ = Tingkat pengembangan tetap t = Jumlah tahun yang ditinjau 1.5
Servisibilitas Servisibilitas atau tingkat pelayanan suatu jalan ditandai oleh kemampuannya untuk melayani berbagai macam tipe lalu lintas yang melaluinya. Total kehilangan tingkat pelayanan dirumuskan sebagai berikut : PSI po pt
Dimana : Po Pt 1.6
= tingkat pelayanan awal = indeks permukaan pada akhir umur rencana.
Modulus Resilient Efektif Tanah Dasar (Mr) Modulus resilient tanah dasar diperkenalkan untuk mengganti daya dukung tanah. Hubungan antara modulus resilient tanah dasar dan CBR lapangan menurut Heukelom dan Klomp adalah : Mr = 1500 x CBR (psi) Modulus resilient efektif yang dipergunakan dalam perencanaan tebal perkerasan adalah harga korelasi yang diperoleh dari kerusakan relatif rata-rata dalam setahun. Besarnya kerusakan relatif dari setiap kondisi tanah dasar dapat dihitung dengan rumus : u 1,18 10 8 Mr 2,32
Dimana : u Mr
= kerusakan relatif = modulus resilient
1.7
Karakteristik Material Lapisan Perkerasan Tiga tipe material perkerasan akan menyusun masing-masing lapisan dari suatu struktur perkerasan. Dimana setiap mudulus lapisan ditentukan melalui tes laboratorium dengan metode yang berbeda-beda. Notasi berbeda diberikan untuk menggambarkan modulus elastis yaitu untuk subbase (ESB), base (EBS), aspal concrete (EAC), dan portland cement concrete (EC).
1.8
Koefisien Kekuatan Relatif Lapisan (a) Koefisien relatif lapisan ini menggambarkan hubungan empiris antara indeks tebal perkerasan (SN) dan ketebalan perkerasan, dan merupakan suatu ukuran kemampuanrelatif material untuk dapat berfungsi sebagai komponen struktur perkerasan. Koefisien relatif lapisan ini dibedakan atas lima kategori tergantung dari fungsi dan tipe dari jenis material lapisannya, yaitu : Aspal Concrete (aspal beton), Granular Base, Granular Subbase, Cement Treated Base, dan Bituminous Base.
5 a. Lapis Permukaan Aspal Concrete (a1) Pada gambar 2 adalah grafik hubungan struktural Layer Coefficient a 1, for Asphalt Concrete Structure Course dan Modulus Elastic E AC (psi) of Asphalt Concrete (68oF) yang digunakan untuk untuk mengestimasi nilai koefisien relatif lapisan untuk lapis permukaan aspal concrete berdasarkan nilai Modulus elasticnya (EAC) pada suhu 68o F. Dimana keadaan ini direkomendasikan untuk nilai modulus dibawah 450.000 psi. b. Lapis Pondasi Atas Granular (a2) Persamaan berikut dapat digunakan untuk mengestimasi nilai koefisien relatif lapisan untuk Granular Base berdasarkan modulus elasticnya (EBS) : a2 = 0.249 log10 E BS 0.977 c. Lapis Pondasi Bawah Granular (a3) Persamaan berikut dapat digunakan untuk mengestimasi nilai koefisien relatif lapisan untuk Granular Sub Base berdasarkan modulus elasticnya (ESB) : a3 = 0.227 log 10 E SB 0.839 Gambar 2
Grafik hubungan Koefisien Struktural. Lapisan a1 untuk Asphalt Concrete Structure Course dan Modulus Elastic (psi) of Asphalt Concrete (68oF)
6 1.9
Faktor Drainase Sebagai perencana harus bisa mengidentifikasi pada tingkat apa drainase dapat dicapai dibawah kondisi drainase tertentu. Berikut ini adalah definisi umum yang koresponding dengan tingkat drainase yang berbeda dari struktur perkerasan. Tabel 5 Kualitas drainase Baik sekali Baik Cukup Buruk Buruk sekali
Tingkat kualitas drainase Waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan air 2 jam 1 hari 1 minggu 1 bulan Air tak mungkin dikeringkan
AASHTO ’93 memberikan harga koefisien drainase (mi) yang direkomendasikan sebagai fungsi dari kualitas drainase dan presentase waktu selama setahun ketika struktur perkerasan secara normal kelembabannya mendekati jenuh. Tabel 6
Rekomendasi harga mi untuk Modifikasi Koefisien Relatif Lapisan dari Untreated Base dan Subbase pada Perkerasan Lentur.
Kualitas drainase Baik sekali Baik Cukup Buruk Buruk sekali
Persen waktu perkerasan dalam keadaan lembab-jenuh <1 1–5 5 – 25 > 25 1,40 – 1,35 1,35 – 1,30 1,30 – 1,20 1,20 1,35 – 1,25 1,25 – 1,15 1,15 – 1,00 1,00 1,25 – 1,15 1,15 – 1,05 1,00 – 0,80 0,80 1,15 – 1,05 1,05 – 0,80 0,80 – 0,60 0,60 1,05 – 0,95
0,95 – 0,75
0,75 – 0,40
0,40
7 2. PROSEDURE DISAIN METODE AASHTO’93 Langkah-langkah perencanaan tebal perkerasan lentur dengan metode AASHTO 1993 adalah sebagai berikut : 1. Menentukan Batasan Waktu, meliputi penentuan umur kinerja jalan (performance periode) dan umur rencana (analysis periode) dari jalan yang hendak direncanakan. 2. Menentukan beban lalu lintas berdasarkan pada Acumulative 18 kips Equivalent Single Axle Loads (ESAL) selama umur rencana (W18), dengan rumus: W18 DD D W18 1 i n 1 / i Dimana : DD = faktor distribusi arah DL = faktor distribusi jalur W18 = total dua arah 18 kip ESAL selama umur rencana g = faktor pertumbuhan n = jumlah tahun pengamatan selama umur kinerja jalan 3. Menentukan Realibilitas dan Kesalahan Baku Tahapan yang diperlukan untuk menerapkan konsep keandalan adalah : - Hitung tingkat keandalan (R) dari faktor keandalan yang dipilih dengan rumus : R FR
1/ n
-
Pilih Gabungan kesalahan baku (So) yang mewakili kondisi-kondisi setempat. Tentukan Simpangan baku normal (Zr sesuai dengan Tingkat Keandalan (R) yang dipilih. 4. Menentukan faktor lingkungan yang dipengaruhi oleh pengembangan tanah dasar dan daya angkat karena pembekuan yang akan menyebabkan kehilangan kualitas dan tingkat pelayanan jalan, dengan rumus :
IPswel 0.00335 Vr Ps 1 et
Dimana :
IPswell = perubahan indeks permukaan akibat pengembangan tanah dasar. Vr = besarnya potensi merembes keatas (inchi) Ps = probabilitas pengembangan θ = tingkat pengembangan tetap t = jumlah tahun yang ditinjau 5. Menentukan Servisibilitas atau Tingkat Pelayanan yang dirumuskan sebagai berikut : PSI po pt
Dimana : ΔPSI = Present Servisibility Index atau Kehilangan Tingkat po = tingkat pelayanan awal. pt = indeks permukaan pada akhir umur rencana. 6. Menentukan Modulus Resilien Efektif Tanah Dasar (Mr) dari harga korelasi yang diperoleh dari kerusakan yang diperoleh dari kerusakan relatif rata-rata (u) dalam setahun, dengan rumus : Dimana :
u 1.18 10 8 Mr 2.32
u = kerusakan relatif Mr = modulus resilien (psi) 7. Menentukan karakteristik material lapisan perkerasan yang didapatkan dari hasil tes laboratorium untuk tiap-tiap lapis perkerasan yang dibedakan atas : subbase (E SB), base (EBS), aspal concrete (EAC). 8. Menentukan Koefisien Relatif lapisan (a1) masing-masing lapisan dari hasil korelasi nilai modulusnya.
8 9. Menentukan faktor Drainase yang diperoleh dari daftar koefisien Drainase. 10. Menentukan Indeks Tebal Perkerasan (SN) tahap pertama dengan mempergunakan rumus : PSI 4.2 1.5 2.32 log M 8.07 log10 W18 Z R S C 9.36 log10 ( SN 1) 0.20 10 R 1094 0.40 SN 1 5.19
log10
Dimana : W18
= lintas ekivalen selama umur rencana.
Zr
= simpangan baku normal
So
= gabungan simpangan baku
SN
= indeks tebal perkerasan
θPSI
= selisih indeks permukaan awal dan akhir
Mr
= modulus resilien tanah dasar (psi).
11. SN yang diperoleh diatas adalah SN dengan asumsi tidak terdapat penurunan IP akibat swelling, sehingga umur kinerja jalan berkurang sehingga tidak lagi sama dengan umur kinerja jalan maksimum. Lapisan tambahan harus dilaksanakan sebelum umur kinerja jalan yang direncanakan untuk tahap pertama selesai. Cara memperkirakan umur kinerja jalan akibat beban lalu-lintas dan pengembangan adalah cara trial and error, yaitu sebagai berikut : a. Perkirakan umur kinerja jalan akibat beban lalu-lintas dan pengembangan, a tahun dimana besarnya harus lebih kecil dari umur kinerja jalan maksimum. b. Tentukan besarnya penurunan IP swell selama a tahun dengan mempergunakan rumus seperti pada langkah 4. c. Tentukan besarnya penurunan IP akibat beban lalu-lintas dan pengembangan (swell) selama umur kinerja jalan, dengan rumus : ΔIP = po-pt – IP swell (langkah b) d. Tentukan W18 dengan mempergunakan rumus seperti pada langkah 10, dimana semua parameter lain sama dengan yang dipergunakan pada langkah 10 kecuali ΔIP yang sama dengan yang diperoleh pada langkah c. e. Tentukan berapa lama besarnya yang diperoleh pada langkah d tercapai dengan mempergunakan rumus yang diperoleh pada langkah 2. Angka yang diperoleh pada langkah e ini harus ± sama dengan langkah a. Jika terdapat perbedaan, maka iterasi harus diteruskan sampai hasil yang diperoleh pada langkah e mendekati perkiraan pada langkah a. 12. Tentukan tebal masing-masing lapisan dengan mempergunakan rumus sbb :
9 D1* = SN1/a1 SN1 = a1D1* D2* = (SN2-SN1)/(a2m2) SN2*= a2D2*m D3 = SN3-(SN1*+SN2*))/(a3m3) Dimana : a1
= koefisien relatif lapis ke i
D1
= tebal lapis ke i
m1
= koefisien drainase lapis ke i
SN = Indeks tebal perkerasan Surface (a1) Base (a2) Subbase (a3) Subgrade
D1 D2 D3
Gambar 3 Tebal Lapis Perkerasan dan Structural number Dimana : a1, D,m dan SN adalah sebagaimana didefinisikan pada bab II.2 D* dan SN* sehubungan dengan nilai yang sebenarnya dipergunakan, dapat sama atau lebih besar dari nilai yang dibutuhkan.
