MODUL 5: PERENCANAAN PERKERASAN KOMPOSIT ( Oleh: Ir.. Suherman, M.Eng, Ir M.Eng , Ph.D
DAFTAR DAFTAR ISI
5.1. Pendahuluan 5.2. Disain Perkerasan Perkerasan Komposit 5.3. Kinerja Perkerasan Perkerasan Komposit
2 P
DAFTAR DAFTAR ISI
5.1. Pendahuluan 5.2. Disain Perkerasan Perkerasan Komposit 5.3. Kinerja Perkerasan Perkerasan Komposit
2 P
LEARNING OUTCOMES OUTCOMES 1. Jelaskan (describe) parameter-parameter perencanaan perkerasan komposit; 2. Identitifikasi (identify ) jenis dan struktur perkerasan komposit; 3. Jelaskan (explain) kinerja perkerasan perkerasan komposit; 4. Rencanakan (design) tebal perkerasan komposit. 2 P
5.1 PEDAHULUAN
Definisi struktur perkerasan komposit: Suatu struktur yang terdiri dari dua atau lebih lapisan yang mengkombinasikan karakteristik yang berbeda dan bertindak sebagai suatu material komposit (Smith, 1963). 2 P
5.1 PEDAHULUAN
2 P
5.1 PEDAHULUAN
5.1 PEDAHULUAN
a. struktur komposit dikenal juga sebagai semi-kaku atau struktur komposit lentur; b. lalu-lintas yang tinggi, lebih besar dari 50 juta ESAL; c. disain umur perkerasan yang lama dengan minimum rehabilitasi, seperti penggantian lapisan permukaan. 2 P
5.1 PEDAHULUAN Perkerasan komposit, ketika dibandingkan terhadap tradisional perkerasan lentur atau kaku: Mempunyai potensial menjadi alternatif biaya yang efektif karena dapat memberikan kinerja yang lebih baik, baik struktural atau fungsional, dari pada disain tradisional perkerasan lentur atau kaku. 2 P
5.1 PEDAHULUAN
2 P
Struktur perkerasan komposit dapat memberikan: a. umur perkerasan yang lama dan memberikan tingkat pelayanan yang baik dan cepat; b. Biaya pemeliharaan yang efektif, terutama untuk volume lalu-lintas yang tinggi dan ruas jalan dengan prioritas tinggi.
5.1 PEDAHULUAN Dari sisi ekomoni, hasil dari Life Cycle Cost Analysis (LCCA) yang dilakukan secara diterministik menyarankan bahwa: Penggunaan suatu perkerasan komposit dengan suatu Cement -Treated Base (CTB) menghasilkan suatu alternatif biaya yang efektif untuk suatu tipikal skenario perencanaan jalan nasional. 2 P
5.1 PEDAHULUAN Alternatif suatu perkerasan komposit dengan perkerasan beton semen menerus dengan tulangan memberikan biaya yang lebih efektif untuk volume lalu lintas yang tinggi.
2 P
5.1 PEDAHULUAN Penghematan biaya pengelola dan pengguna jalan terutama untuk pilihan:
2 P
Perkerasan komposit aspal beton diatas perkerasan beton semen menerus dengan tulangan, karena tidak akan memerlukan tindakan rehabilitasi yang panjang, seperti terjadi pada kasus tipikal perkerasan lentur dan kaku.
5.1 PEDAHULUAN Dikenal sebagai struktur: a. perkerasan semi-kaku (NCHRP, 2004); b. perkerasan premium kaku (Von Quintus, 1979; Hudson dan Roberts, 1981); c. perkerasan panjang umur (Nunn et al., 1997); dan d. perkerasan lentur kaku (Nunn, 2004). 2 P
5.1 PEDAHULUAN Material yang paling umum adalah: Suatu lapisan lentur (contoh: Hot Mix Asphal) dan suatu lapisan kaku ( contoh: Portlan Cement Concrete, Cement-Treated Base, Cement Stabilized Base, RolledCompacted Concrete, atau Lean Mix Concrete). 2 P
5.1 PEDAHULUAN Beberapa keuntungan umum yang dapat diperoleh dari perkerasan komposit adalah (Donald, 2003; Jofre dan fernandez, 2004; Nunn, 2004): a. dukungan yang kuat terhadap lapisan lentur diberikan oleh lapisan kaku;
2 P
5.1 PEDAHULUAN b. tingkat pelayanan yang baik dari perkerasan dan kenyamana pengemudi diberikan oleh permukaan yang rata dan quiet driving; c. Karakteristik gesekan permukaan perkerasan yang memadai;
2 P
5.1 PEDAHULUAN PEDAHULUAN d. penj penjeg egah ahan an int integri egrittas struk truktu turr lapi lapisa san n kaku diberikan oleh lapisan permukaan lentur, yang dapat diganti secara priodik; e. pen penjeg jegahan ahan instrusi dar dari gar garam am dan air air permukaan ke lapisan kaku karena diproteksi oleh lapisan aspal beton; 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT 1. AUSTROADS, Pavement Design, A Guide to the Structural Design of Pavement (1992), dapat digunakan untuk merencanakan perkerasan komposit : Pelapisan tambahan perkerasan lentur di atas perkerasan beton semen.
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT a. struktur perkerasan beton semen harus dievaluasi agar supaya tebal efektifnya dapat dinilai sebagai aspal beton; b. tebal efektif (Te) setiap lapisan perkerasan yang ada dikonversikan kedalam tebal ekivalen aspal beton sesuai dengan Tabel 12; 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT c.
dihitung berdasarkan perhitungan lapis tambahan pada perkerasan lentur;
d. dalam menentukan tebal ekivalen perkerasan beton semen perlu memperhatikan kondisi dan daya dukung lapisan beton semen yang ada;
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT d. apabila telah diketahui kondisinya, faktor konversi yang sesuai dipilih dari Tabel 12; e. tebal efektif dari setiap lapisan dapat ditentukan.
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Tebal lapisan tambahan dihitung dengan rumus sebagai berikut: Tr = T – Te Dengan pengertian:
2 P
Tr
= tebal lapis tambahan;
T
= tebal perlu berdasarkan beban rencana dan daya dukung tanah dasar dan atau lapis pondasi bawah dari jalan lama sesuai prosedur yang telah diuraikan
Te = tebal efektif perkerasan lama.
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT a. tebal lapis tambahan perkerasan lentur yang diletakkan langsung di atas perkerasan beton semen dianjurkan minimum 100 mm; b. apabila lebih dari 180 mm, konstruksi lapis tambahan dapat menggunakan lapisan peredam retak sebagai mana terlihat pada Gambar 23. 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT
Keterangan gambar:
2 P
1
= beton aspal sebagai lapisan aus;
2
= beton aspal sebagai lapisan perata;
3
= beton aspal sebagai lapisan peredam retak;
4
= perkerasan beton semen lama (yang ada);
5
= tanah dasar.
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT A.3. Contoh perhitungan lapis tambah perkerasan beton aspal di atas perkerasan beton semen Diketahui susunan perkerasan beton semen jalan lama sebagai berikut:
Tebal pelat beton semen
= 15 cm;
Tebal pondasi bawah
= 10 cm;
CBR tanah dasar
= 4%
2 P
Kondisi perkerasan lama telah retak-retak, tidak rata dan potongan-potongan pelat ( 1 – 4 m2) telah diperbaiki;
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT
2 P
Lapis pondasi bawah dari bahan berbutir bergradasi baik, CBR = 25%; Data lalu-lintas harian rata-rata pada tahun pembukaan (2 jalur, 2 arah) sebagai berikut: Kendaraan ringan (1+1) : 1215 buah/hari o Bus (3+5) : 365 buah/hari o Truk 2as (5+8) : 61 buah/hari o Truk 3as (6+14) : 37 buah/hari o Truk 5as (6+14+5+5) : 12 buah/hari o Pertumbuhan lalu-lintas (i) : 6% tahun o Umur rencana (UR) : 20 tahun o
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Penyelesaian: Dari hasil perhitungan dengan menggunakan prosedur buku “Petunjuk Perencanaan Tebal Perkerasan lentur Jalan Raya dengan Metoda Asalisa SKBI-2.3.26.1987 dengan lalu-lintas dan umur rencana seperti diatas, didapat tebal lapis tambah beton aspal (Tn) = 22 cm. Tebal efektif perkerasan lama: Tebal effektif pelat beton
= 15 x 0,70 = 10,5 cm
Tebal effektif pondasi bawah
= 10 x 0,20 = 2,0 cm
Total effektif perkerasan lama (total) 2 P
= 12,5 cm
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Tebal perkerasan beton aspal yang diperlukan adalah: Tr = T – To = 22 – 12,5 = 9,5 cm < T minimum = 10 cm
Digunakan tebal lapis tambah beton aspal (Tr) = 10 cm
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT 2. AASHTO 1993 dapat digunakan untuk merencanakan 2(dua) perkerasan komposit yang berbeda: a. perkerasan lentur baru dengan cement-treated (atau soil-cement ) base dan; b. Pelapisan ulang aspal beton diatas perkerasan beton semen. 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Untuk alternatif pertama, yang paling kritis adalah memilih koefisien lapisan yang tepat, a2, untuk stabilize base yang digunakan pada persamaan perencanaan perkerasan lentur, SN, berikut: SN = a1D1 + m2a2D2 + m3a3D3 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Dimana: SN : structural number; a1, a2, a3 : koefisien lapisan; m2, m3 : koefisien drainase; D1, D2, D3 : tebal setiap lapisan, inches.
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Suatu studi yang dilakukan oleh Richardson (1996) memberikan suatu persamaan umum yang dapat digunakan untuk menentukan modulus, Ec, dari beberapa cemented materials (seperti soil cement , cement-treated base, cement-stabilized soils) dan dengan itu dapat menghitung koefisien lapisan, a2. 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Ec = -34,367 + 2006,8 (Q u)0,7784 a2 = -2.717 + 0,49711 x Log(Ec) Dimana: Ec = chord modulus (Mpa); Q u=unconfined compressive strength (Mpa) 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Contoh:
LIHAT DISAIN PERKERASAN LENTUR AASHTO (PKP-01)
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Alternatif kedua didasarkan pada prosedur perencanaan rehabilitasi perkerasan beton semen dengan pemberian lapis ulang aspal beton. a. rencanakan tebal perkerasan beton semen untuk dapat memenuhi volume laulu lintas dimasa depan, Df ; 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT b. asumsi dengan memberikan lapis ulang aspal beton 50 mm (2 in) akan menurunkan tebal pelat beton 25 mm (1 in); c. tebal lapis ulang aspal beton, DOL, diatas perkerasan beton semen dapat dihitung dengan persamaan: 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT DOL = A(Df – Deff ) Dimana: A = faktor untuk merubah tebal perkerasan beton semen defisiensi terhadap tebal lapis ulang aspal beton; Df = tebal pelat beton untuk lalu-lintas masa depan (in); Deff = efektif tebal pelat beton yang ada (in). 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Dua asumsi: Pertama, suatu disain perkerasan komposit yang baru Deff sama dengan Df , asumsi bahwa perkerasan beton semen yang baru belum ada kerusakan;
Deff = F jc x Fdur x Ffat x D 2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Dimana: D
= tebal pelat peton asli ( sama dengan tebal dari tebal perkerasan kaku); F jc, Fdur, Ffat = faktor penyesuaian untuk joints dan cracks, durability , and fatigue = 1.
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Menentukan F jc
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT
Kondisi perkerasan
Jika tidak ada retak , masalah durabilitas
Fdur
1
Sedikit retak tetapi tidak palling exists
0,96-0,99
Sedikit retak dan terjadi beberapa serpihan
0,88-0,95
Banyak retak dan terjadi banyak serpihan
0,80-0,88
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT
Kondisi perkerasan
Ffat
Jika sangat sedikit terjadi retak melintang
0,97-1,00
Jika agak banyak terjadi retak melintang
0,94-0,96
Jika sangat banyak terjadi retak melintang
0,90-0,93
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Asumsi kedua mencakup faktor A dari persamaan diatas, faktor A dihitung dengan persamaan berikut: A = 2,2233 + 0,0099 (Df - Deff )- 0,1534(Df – Deff )
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Contoh:
LIHAT DISAIN PERKERASAN KAKU AASHTO 1993 KOMPOSIT (PKP-02)
2 P
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Struktur perkerasan existing
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT No.
Perhitungan Tebal Perkerasan
Nilai
Keterangan
11,35969
Asumsi
1
Tebal pelat beton (D = D F)
2
log W18
8,00982
3
ZR *So
-0,4487
Perhitungan
4
7.35*log10(D+1)-0.06
7,96626
Perhitungan
5
log10(∆PSI/(4.5-1.5)
-0,17609
Perhitungan
6
1+((1.624*10^7)/(D+1)^8.46)
1,00938
Perhitungan
7
4.22-(0.32*pt)
3,42
Perhitungan
8
S'c*Cd*(D^0.75-1.132)
3892,82799
Perhitungan
9
215.63*J*(D^0.75-(18.42/(Ec/k)^0.25))
2485,05094
Perhitungan
8,00976
Perhitungan
log Wt18
log W18 =
8,00982 log W18 ≈ log W t18
log Wt18 =
8,00976
OK
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT Deff
= F jc x Fdur x Ffat x D
Deff
= 0,98 x 0,96 x 0,97 x (27/2,54)
Deff
= 9,70 inchi
A = 2,2233 + 0,0099 (D F - DEFF)2 – 0,1534 (DF – DEFF) A = 2,2233 + 0,0099 (11,36 – 9,70)2 – 0,1534 (11,36 – 9,70) A = 1,996
5.2 DISAIN PERKERASAN KOMPOSIT DOL = A(Df – Deff ) = 1,996 x (11,36 – 9,70) = 3,313 inchi = 8,416 cm dibulatkan 9,0 cm
5.3 KINERJA PERKERASAN KOMPOSIT a. pada struktur perkerasan komposit, selama umur pelayanannya, akan berkembang berbagai jenis kerusakan; b. kerusakan yang mempengaruhi perkerasan komposit sama dengan yang terjadi pada perkerasan lentur, karena lapisan aspal beton pada merupakan lapisan yang terekpose. 2 P
5.3 KINERJA PERKERASAN KOMPOSIT Jenis kerusakan dikelompokkan kedalam 3 (tiga) katagori utama: a. fracture atau cracking; b. distorsion; c. disintegration. Yang utama adalah : reflective cracking atau reflection cracking 2 P
5.3 KINERJA PERKERASAN KOMPOSIT a.
b.
2 P
Reflective crackss adalah cracks yang terjadi pada permukaan aspal, pada perkerasan komposit, dan berhubungan dengan cracks yang terjadi pada lapisan dibawahnya; Reflectice cracks disebabkan pergerakan relatif arah mendatar atau vertikal dari sambungan tersebut yang disebabkan oleh temperatur atau beban kendaraan.
5.3 KINERJA PERKERASAN KOMPOSIT
2 P
Sumber:
5.3 KINERJA PERKERASAN KOMPOSIT
2 P
Sumber:
5.3 KINERJA PERKERASAN KOMPOSIT
2 P
Sumber:
OVERVIEW LEARNING OUTCOMES 1. Jelaskan (describe) parameter-parameter perencanaan perkerasan komposit; 2. Identitifikasi (identify ) jenis dan struktur perkerasan komposit; 3. Jelaskan (explain) kinerja perkerasan komposit; 4. Rencanakan (design) tebal perkerasan komposit. 2 P
Soal - Kuis
1. Hitung tebal pelapisan ulang diatas perkerasan kaku yang baru dibangun;
2 P
Soal - Kuis
2 P
