Rigid Pavement

BAB III DESAIN RIGID PAVEMENT DENGAN METODE AASHTO 1993

3 .1 .

UMUM Perencana Perenc anaan an mengac mengacuu pada pada AASH AASHTO TO (Ame (Ameri rica cann Asso Associ ciat atio ionn of Stat Statee High Highwa wayy and and Transportation Officials) guide for design of pavement structures 1993 (selanjutnya disebut AASHTO 1993). 1993). Langkah-langkah / tahapan, prosedur dan parameter-parameter perencanaan diberikan sebagai berikut dibawah ini. Parameter perencanaan terdiri :

 Analisis lalu-lintas lalu-lintas : mencakup umur rencana, lalu-lintas lalu-lintas harian rata-rata, pertumbuhan lalulalu          

lintas tahunan, vehicle tahunan, vehicle damage factor, equivalent single axle load Terminal serviceability serviceability index Initial serviceability serviceability Serviceability loss Reliability Standar normal deviasi Standar deviasi CBR dan Modulus reaksi tanah dasar dasar Modulus elastisitas elastisitas beton, beton, fungsi dari kuat tekan beton Flexural strength Drainage coefficient Load transfer coefficient

Bagan alir prosedur perencanaan diperlihatkan seperti pada Gambar 3.1. 3 .2 .

TRAFFIC DESIGN Data dan parameter lalu-lintas yang digunakan untuk perencanaan tebal perkerasan meliputi :

       

Jenis kendaraan. Volume lalu-lintas harian rata-rata. Pertumbuhan lalu-lintas tahunan. Damage factor . Umur rencana. Faktor distribusi arah. Faktor distribusi lajur. Equivalent Single Axle Load , ESAL selama umur rencana (traffic rencana (traffic design).

Faktor distribusi arah : D D = 0,3 – 0,7 dan umumnya diambil 0,5 (AASHTO 1993 hal. II-9). II-9). II -9). Faktor distribusi lajur (D L), mengacu pada Tabel pada Tabel 4.1.( AASHTO 1993 halaman II-9).

III - 1

BAGAN ALIR PROSEDUR PERENCANAAN TEBAL PERKERASAN KAKU – CARA AASHTO 1993 Umur rencana Faktor distribusi arah Faktor distribusi lajur

Traffic

Desain ESAL

LHR pada tahun dibuka Pertumbuhan lalu-lintas tahunan Vehicle damage factor

Standard normal deviation

Reliability

Standard deviation Tidak Terminal serviceability

Serviceability

Initial serviceability

CBR

Modulus reaksi tanah dasar

Kuat Kuat teka tekann beto betonn

Modu Modulu luss elas elasti tisi sita tass beto betonn

Serviceability loss

Coba

Check

Tebal pelat

Equation

Ya

Tebal pelat rencana

Flexural strength

Drainage coefficient

Load transfer coefficient

Gambar 3.1.

III - 2

Tabel 3.1. : Faktor distribusi lajur (D L). Jumlah lajur setiap arah

DL (%)

1 2 3 4

100 80 – 100 60 – 80 50 – 75

Rumus umum desain traffic (ESAL = Equivalent Single Axle Load) : Nn

W18

  LHR j  VDF j  DD  DL  365 N1

dimana : W18 LHR j VDF j DD DL N1 Nn

= = = = = = =

Traffic design pada lajur lalu-lintas, Equivalent Single Axle Load . Jumlah lalu-lintas harian rata-rata 2 arah untuk jenis kendaraan j. Vehicle Damage Factor untuk jenis kendaraan j. Faktor distribusi arah. Faktor distribusi lajur. Lalu-lintas pada tahun pertama jalan dibuka. Lalu-lintas pada akhir umur rencana.

Lalu-lintas yang digunakan untuk perencanaan tebal perkerasan adalah lalu-lintas kumulatif

Tabel 3.1. : Faktor distribusi lajur (D L). Jumlah lajur setiap arah

DL (%)

1 2 3 4

100 80 – 100 60 – 80 50 – 75

Rumus umum desain traffic (ESAL = Equivalent Single Axle Load) : Nn

W18

  LHR j  VDF j  DD  DL  365 N1

dimana : W18 LHR j VDF j DD DL N1 Nn

= = = = = = =

Traffic design pada lajur lalu-lintas, Equivalent Single Axle Load . Jumlah lalu-lintas harian rata-rata 2 arah untuk jenis kendaraan j. Vehicle Damage Factor untuk jenis kendaraan j. Faktor distribusi arah. Faktor distribusi lajur. Lalu-lintas pada tahun pertama jalan dibuka. Lalu-lintas pada akhir umur rencana.

Lalu-lintas yang digunakan untuk perencanaan tebal perkerasan adalah lalu-lintas kumulatif selama umur rencana. Besaran ini didapatkan dengan mengalikan traffic design pada jalur rencana selama setahun dengan besaran kenaikan lalu-lintas (traffic growth). Secara numerik rumusan lalu-lintas kumulatif ini sebagai berikut : Wt

 W18  1  gn

dimana : Wt W18 n g 3.3.

= = = =

Jumlah beban gandar tunggal standar kumulatif Beban gandar standar kumulatif selama 1 tahun. Umur pelayanan, atau umur rencana UR (tahun). perkembangan lalu-lintas (%)

CBR California Bearing Ratio (CBR), dalam perencanaan perkerasan kaku digunakan untuk penentuan nilai parameter modulus reaksi tanah dasar (modulus of subgrade reaction : k). CBR yang umum digunakan di Indonesia berdasar besaran 6 % untuk lapis tanah dasar, mengacu pada spesifikasi yang baku digunakan di Indonesia. Akan tetapi tanah dasar dengan nilai CBR 5 % dan atau 4 % pun dapat digunakan setelah melalui kajian geoteknik, dengan CBR kurang dari 6 % ini jika digunakan sebagai dasar perencanaan tebal perkerasan, masalah yang terpengaruh adalah fungsi tebal perkerasan yang akan bertambah, atau masalah penanganan khusus lapis tanah dasar tersebut.

III - 3

3.4.

MATERIAL KONSTRUKSI PERKERASAN Material perkerasan yang digunakan dengan parameter yang terkait dalam perencanaan tebal perkerasan sebagai berikut : 1.

Pelat beton

 Flexural strength (S c’) = 45 kg/cm2  Kuat tekan (benda uji silinder 15 x 30 cm) : f c’ = 350 kg/cm2 (disarankan) 2.

Wet lean concrete

 Kuat tekan (benda uji silinder 15 x 30 cm) : f c’ = 105 kg/cm2 Sc’ digunakan untuk penentuan paramater flexural strength, dan f c’ digunakan untuk penentuan parameter modulus elastisitas beton (E c). 3.5.

RELIABILITY Reliability : Probabilitas bahwa perkerasan yang direncanakan akan tetap memuaskan selama masa layannya. Penetapan angka Reliability dari 50 % sampai 99,99 % menurut AASHTO merupakan tingkat kehandalan desain untuk mengatasi, mengakomodasi kemungkinan melesetnya besaranbesaran desain yang dipakai. Semakin tinggi reliability yang dipakai semakin tinggi tingkat mengatasi kemungkinan terjadinya selisih (deviasi) desain. Besaran-besaran desain yang terkait dengan ini antara lain :

   

Peramalan kinerja perkerasan. Peramalan lalu-lintas. Perkiraan tekanan gandar. Pelaksanaan konstruksi.

1.

Kinerja perkerasan diramalkan pada angka desain Terminal Serviceability pt = 2,5 (untuk jalan raya utama), p t = 2,0 (untuk jalan lalu-lintas rendah), dan Initial Serviceability po = 4,5 (angka ini bergerak dari 0 – 5).

2.

Peramalan lalu-lintas dilakukan dengan studi tersendiri, bukan hanya didasarkan rumus empirik. Tingkat kehandalan jauh lebih baik dibandingkan bila dilakukan secara empiris, linear, atau data sekunder.

3.

Perkiraan tekanan gandar yang diperoleh secara primer dari WIM survey, tingkat kehandalannya jauh lebih baik dibanding menggunakan data sekunder.

4.

Dalam pelaksanaan konstruksi, spesifikasi sudah membatasi tingkat / syarat agar perkerasan sesuai (atau lebih) dari apa yang diminta desain. Bahkan desain merupakan syarat minimum dalam spesifikasi.

Mengkaji keempat faktor diatas, penetapan besaran dalam desain sebetulnya sudah menekan sekecil mungkin penyimpangan yang akan terjadi. Tetapi tidak ada satu jaminan-pun berapa besar dari keempat faktor tersebut menyimpang. Reliability (R) mengacu pada Tabel 3.2. (diambil dari AASHTO 1993 halaman II-9). Standard normal deviate (ZR) mengacu pada Tabel 3.3. (diambil dari AASHTO 1993 halaman I-62).

III - 4

Standard deviation untuk rigid pavement : S o = 0,30 – 0,40 (diambil dari AASHTO 1993 halaman I-62). Tabel 3.2. : Reliability (R) disarankan. Klasifikasi jalan Jalan tol Arteri Kolektor Lokal

Reliability : R (%) Urban

Rural

85 – 99,9 80 – 99 80 – 95 50 – 80

80 – 99,9 75 – 95 75 – 95 50 – 80

Catatan : Untuk menggunakan besaran-besaran dalam standar AASHTO ini sebenarnya dibutuhkan suatu rekaman data, evaluasi desain / kenyataan beserta biaya konstruksi dan pemeliharaan dalam kurun waktu yang cukup. Dengan demikian besaran parameter yang dipakai tidak selalu menggunakan “angka tengah” sebagai kompromi besaran yang diterapkan.

Tabel 3.3. : Standard normal deviation (Z R). R (%)

ZR

R (%)

ZR

50 60 70 75 80 85 90 91 92

- 0,000 - 0,253 - 0,524 - 0,674 - 0,841 - 1,037 - 1,282 - 1,340 - 1,405

93 94 95 96 97 98 99 99,9 99,99

- 1,476 - 1,555 - 1,645 - 1,751 - 1,881 - 2,054 - 2,327 - 3,090 - 3,750

Penetapan konsep Reliability dan Standar Deviasi :      

3.6.

Berdasar parameter klasifikasi fungsi jalan Berdasar status lokasi jalan urban / rural Penetapan tingkat Reliability (R) Penetapan standard normal deviation (Z R) Penetapan standar deviasi (So) Kehandalan data lalu-lintas dan beban kendaraan

SERVICEABILITY Terminal serviceability index (pt) mengacu pada Tabel 3.4. (diambil dari AASHTO 1993 hal II-10). Initial serviceability untuk rigid pavement : p o = 4,5 (diambil dari AASHTO 1993 hal. II-10). Total loss of serviceability :

PSI  p o  p t

III - 5

Tabel 3.4. : Terminal serviceability index (p t). Percent of people stating unacceptable

pt

12 55 85

3,0 2,5 2,0

Penetapan parameter serviceability : Initial serviceability  Terminal serviceability index Jalur utama (major highways)  Terminal serviceability index Jalan lalu-lintas rendah  Total loss of serviceability 

3.7.

: : : :

p o = 4,5 pt = 2,5 p t = 2,0 PSI  p o

 pt

MODULUS REAKSI TANAH DASAR Modulus of subgrade reaction (k) menggunakan gabungan formula dan grafik penentuan modulus reaksi tanah dasar berdasar ketentuan CBR tanah dasar. MR = 1.500 x CBR k

MR 19,4

MR = Resilient modulus. Koreksi Effective Modulus of Subgrade Reaction, menggunakan Grafik pada Gambar 3.2. (diambil dari AASHTO 1993 halaman II-42).

Faktor Loss of Support (LS) mengacu pada Tabel 3.5. (AASHTO 1993 halaman II-27).

Effective Modulus of Subgrade Reaction, k (pci) Correction of Effective modulus of Subgrade Reaction for Potensial Loss Subbase Support (6)

Gambar 3.2.

III - 6

Tabel 3.5. : Loss of Support Factors (LS). No.

Tipe material

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

LS

Cement Treated Granular Base ( E = 1.000.000 – 2.000.000 psi ) Cement Aggregate Mixtures ( 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 ) Lime Stabilized ( E = 20.000 – 70.000 psi ) Unbound Granular Materials ( E = 15.000 – 45.000 psi ) Fine grained / Natural subgrade materials ( E = 3.000 – 40.000 psi )

0–1 0–1 0–1 0–1 1–3 1–3 2–3

Pendekatan nilai modulus reaksi tanah dasar dari referensi / literatur : Pendekatan nilai Modulus Reaksi Tanah Dasar (k) dapat menggunakan hubungan nilai CBR dengan k seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3. Diambil dari literatur Highway Engineering (Teknik Jalan Raya), Clarkson H Oglesby, R Gary Hicks, Stanford University & Oregon State University, 1996. Modulus reaksi tanah dasar : k (psi/in) 100

150

200

250

300

400

500

600

700

800

California Bearing Ratio (CBR) 2

3

4

5

6

10

15

20

25

30

40

50

60

70

80

100

Gambar 3.3. : Hubungan antara (k) dan (CBR).

3.8.

MODULUS ELASTISITAS BETON Ec

 57.000 f c'

dimana : Ec f c’

= =

Modulus elastisitas beton (psi). Kuat tekan beton, silinder (psi).

Kuat tekan beton f c’ ditetapkan sesuai pada Spesifikasi pekerjaan (jika ada dalam spesifikasi). Di Indonesia saat ini umumnya digunakan : f c’ = 350 kg/cm2 3.9.

FLEXURAL STRENGTH

 Flexural strength (modulus of rupture) ditetapkan sesuai pada Spesifikasi pekerjaan.  Flexural strength saat ini umumnya digunakan : S c’ = 45 kg/cm2 = 640 psi.

III - 7

3.10.

DRAINAGE COEFFICIENT

3.10.1.

Variabel faktor drainase AASHTO memberikan 2 variabel untuk menentukan nilai koefisien drainase.

 Variabel pertama : mutu drainase, dengan variasi excellent, good, fair, poor, very poor. Mutu ini ditentukan oleh berapa lama air dapat dibebaskan dari pondasi perkerasan.

 Variabel kedua : persentasi struktur perkerasan dalam satu tahun terkena air sampai tingkat mendekati jenuh air (saturated), dengan variasi < 1 %, 1 – 5 %, 5 – 25 %, > 25 % 3.10.2.

Penetapan variable mutu drainase Penetapan variable pertama mengacu pada Tabel 3.6. (diambil dari AASHTO 1993 halaman II-22), dan dengan pendekatan sebagai berikut : a.

Air hujan atau air dari atas permukaan jalan yang akan masuk kedalam pondasi jalan, relatif kecil berdasar hidrologi yaitu berkisar 70 – 95 % air yang jatuh di atas jalan aspal / beton akan masuk ke sistem drainase (sumber : BINKOT Bina Marga & Hidrologi Imam Subarkah). Kondisi ini dapat dilihat acuan koefisien pengaliran pada Tabel 3.7 . & 3.8.

b.

Air dari samping jalan yang kemungkinan akan masuk ke pondasi jalan, inipun relatif kecil terjadi, karena adanya road side ditch, cross drain , juga muka air tertinggi di-desain terletak di bawah subgrade.

c.

Pendekatan dengan lama dan frekuensi hujan, yang rata-rata terjadi hujan selama 3 jam per hari dan jarang sekali terjadi hujan terus menerus selama 1 minggu.

Maka waktu pematusan 3 jam (bahkan kurang bila memperhatikan butir b.) dapat diambil sebagai pendekatan dalam penentuan kualitas drainase, sehingga pemilihan mutu drainase adalah berkisar Good (untuk jalan tol), quality of drainage diambil kategori Fair (untuk jalan non tol). Untuk kondisi khusus, misalnya sistem drainase sangat buruk, muka air tanah terletak cukup tinggi mencapai lapisan tanah dasar, dan sebagainya, dapat dilakukan kajian tersendiri. Tabel 3.6. : Quality of drainage. Quality of drainage Excellent Good Fair Poor Very poor

Water removed within 2 jam 1 hari 1 minggu 1 bulan Air tidak terbebaskan

III - 8

Tabel 3.7. : Koefisien pengaliran C (Binkot) No.

Kondisi permukaan tanah

1. 2.

Jalan beton dan jalan aspal Bahu jalan : - Tanah berbutir halus - Tanah berbutir kasar - Batuan masif keras - Batuan masif lunak

Koefisien pengaliran (C) 0,70 – 0,95 0,40 – 0,65 0,10 – 0,20 0,70 – 0,85 0,60 – 0,75

Sumber : Petunjuk desain drainase permukaan jalan No. 008/T/BNKT/1990, Binkot, Bina Marga, Dep. PU, 1990.

Tabel 3.8. : Koefisien pengaliran C (Hidrologi, Imam Subarkah) Type daerah aliran Jalan

C

Beraspal Beton Batu

0,70 - 0,95 0,80 - 0,95 0,70 - 0,85

Sumber : Hidrologi, Imam Subarkah.

3.10.3.

Penetapan variable prosen perkerasan terkena air Penetapan variable kedua yaitu persentasi struktur perkerasan dalam 1 tahun terkena air sampai tingkat saturated , relatif sulit, belum ada data rekaman pembanding dari jalan lain, namun dengan pendekatan-pendekatan, pengamatan dan perkiraan berikut ini, nilai dari faktor variabel kedua tersebut dapat didekati. Prosen struktur perkerasan dalam 1 tahun terkena air dapat dilakukan pendekatan dengan asumsi sebagai berikut : Pheff



T jam 24



Thari 365

 WL  100

dimana : Pheff

=

T jam Thari WL

= = =

Prosen hari effective hujan dalam setahun yang akan berpengaruh terkenanya perkerasan (dalam %). Rata-rata hujan per hari (jam). Rata-rata jumlah hari hujan per tahun (hari) Faktor air hujan yang akan masuk ke pondasi jalan (%)

Selanjutnya drainage coefficient (Cd) mengacu pada Tabel 3.9.(AASHTO 1993 halaman II–26).

III - 9

Tabel 3.9. : Drainage coefficient (Cd). Percent of time pavement structure is exposed to moisture levels approaching saturation Quality of drainage Excellent Good Fair Poor Very poor

<1%

1–5%

5 – 25 %

> 25 %

1.25 – 1.20 1.20 – 1.15 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90

1.20 – 1.15 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80

1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80 0.80 – 0.70

1.10 1.00 0.90 0.80 0.70

Penetapan parameter drainage coefficient : Berdasar kualitas drainase  Kondisi Time pavement structure is exposed to moisture levels approaching saturation dalam setahun 

3.11.

LOAD TRANSFER Load transfer coefficient (J) mengacu pada Tabel 3.10. (diambil dari AASHTO 1993 halaman II-26), dan AASHTO halaman III-132.

Tabel 3.10. : Load transfer coefficient. Shoulder

Asphalt

Load transfer devices

Tied PCC

Yes

No

Yes

No

3.2 2.9 – 3.2

3.8 – 4.4 N/A

2.5 – 3.1 2.3 – 2.9

3.6 – 4.2 N/A

Pavement type 1. Plain jointed & jointed reinforced 2. CRCP

Pendekatan penetapan parameter load transfer :  

3.12.

Joint dengan dowel : Untuk overlay design :

J = 2,5 – 3,1 (diambil dari AASHTO 1993 halaman II-26). J = 2,2 – 2,6 (diambil dari AASHTO 1993 halaman III-132).

PERSAMAAN PENENTUAN TEBAL PELAT (D)

 PSI  S'c Cd  D0,75 1,132 4,5 1,5   log10 W18  ZR So  7,35 log10 (D  1)  0,06   4,22 0,32p t  log10 7  0,75 1,62410 18,42  1  215,63 J D  0,25  (D  1)8,46  Ec : k  log10 





dimana : W18 ZR

= =

Traffic design, Equivalent Single Axle Load (ESAL). Standar normal deviasi.

III - 10

So D PSI po pt Sc’ Cd J Ec k 3.13.

= = = = = = = = = =

Standar deviasi. Tebal pelat beton (inches). Serviceability loss = p o – pt Initial serviceability. Terminal serviceability index. Modulus of rupture sesuai spesifikasi pekerjaan (psi). Drainage coefficient. Load transfer coefficient. Modulus elastisitas (psi). Modulus reaksi tanah dasar (pci).

PARAMETER RELIABILITY Reliability Interval reliability didapat dari pendekatan sebagai berikut : Klasifikasi jalan

R (%)

Urban

85 - 99,9

Rural

80 - 99,9

Urban

80 - 99

Rural

75 - 95

Urban

80 - 95

Rural

75 - 95

Jalan tol Arteri Kolektor

Interval R terpilih

85 - 95

R yang mewakili

90

75

80

85

90

95

99,9

90%

Reliability : R = 90 % dapat digunakan untuk semua kondisi klasifikasi jalan, baik jalan tol, arteri, kolektor, juga untuk urban maupun rural, kecuali pada jalan lokal. Standard normal deviation R (%)

ZR

90

- 1,282

Standard deviation Standard deviation untuk rigid pavement : S o = 0,30 – 0,40 (AASHTO 1993 halaman I-62). Standard deviation : So = 0,35 Selanjutnya parameter yang akan digunakan dalam perhitungan seperti pada Tabel 3.11.

III - 11

Tabel 3.11. : Paramater desain R, Z R, S o No. 1. 2. 3.

3.14.

Parameter

Angka tengah

Reliability (R) Standard normal deviation (ZR) Standard deviation (So)

90 % - 1,282 0,35

PARAMETER SERVICEABILITY

 Terminal serviceability index :  Initial serviceability :  Total loss of serviceability : 3.15.

pt = 2,5 (diambil dari AASHTO 1993 halaman II-10). po = 4,5 (AASHTO 1993 halaman II-10). PSI = po - pt = 2

PARAMETER MODULUS REAKSI TANAH DASAR 1.

CBR = 6 Spesifikasi jalan mensyaratkan CBR tanah dasar minimum 6 %, maka Modulus of subgrade reaction (k) : k

MR 19,4



1.500  CBR 19,4



1.500  6 19,4

 464 pci

Rigid pavement menggunakan Wet lean concrete dibawah pelat beton tebal 7 cm.

 Lapis subbase :  Loss of Support :

Cement aggregate mixture LS = 1

Koreksi effective modulus of subgrade reaction, dengan Gambar 3.4, didapat : k = 160 pci Dari literatur Highway Engineering , Clarkson H Oglesby, R Gary Hicks, Stanford University & Oregon State University, 1996 (dengan Gambar 3.5.) : k = 160 pci 2.

CBR = 5 Modulus of subgrade reaction (k) : k

MR 19,4



1.500  CBR 19,4



1.500  5 19,4

 387 pci




Koreksi effective modulus of subgrade reaction, dengan Gambar 3.6, didapat : k = 130 pci Dari literatur Highway Engineering , Clarkson H Oglesby, R Gary Hicks, Stanford University & Oregon State University, 1996 (dengan Gambar 3.7.) : k = 133 pci

III - 12

3.

CBR = 4 Modulus of subgrade reaction (k) : k

MR 19,4



1.500  CBR 19,4



1.500  4 19,4

 309 pci




Koreksi effective modulus of subgrade reaction, dengan Gambar 3.8, didapat : k = 110 pci Dari literatur Highway Engineering , Clarkson H Oglesby, R Gary Hicks, Stanford University & Oregon State University, 1996 (dengan Gambar 3.9.) : k = 116 pci CBR = 6

160

464

Gambar 3.4. : Effective Modulus of Subgrade Reaction, k (pci) Correction of Effective modulus of Subgrade Reaction for Potensial Loss Subbase Support (6)

Modulus reaksi tanah dasar : k (psi/in)

160

100

150

200

CBR = 6 2

3

4

5

6

7

250

300

400

500

600

700 800


9

10

15

20

25

30

40

50

60

70

80 100

Gambar 3.5. : Hubungan antara (k) dan (CBR), Highway Engineering, Clarkson H Oglesby, R Gary Hicks, Stanford University & Oregon State University, 1996

III - 13

CBR = 5

130

387


Modulus reaksi tanah dasar : k (psi/in)

133

100

150

200

CBR = 5 2

3

4

5

250

300

400

500

600

700 800


7

8

9

10

15

20

25

30

40

50

60

70

80 100


CBR = 4

110

309


III - 14

Modulus reaksi tanah dasar : k (psi/in) 116

100

150

200

CBR = 4 2

3

250

300

400

500

600

700 800

California Bearing Ratio (CBR)

4

5

6

7

8

9

10

15

20

25

30

40

50

60

70

80 100


3.16.

PARAMETER KUAT TEKAN UNTUK MODULUS ELASTISITAS BETON Lihat persamaan penentuan tebal pelat beton rigid pavement berikut ini (dari AASHTO 1993) :

 PSI  S'c Cd  D0,75 1,132 4,5 1,5   log10 W18  ZR So  7,35 log10 (D  1)  0,06   4,22 0,32p t  log10 7  0,75 1,62410 18,42  1   215 , 63  J  D  8,46 0 , 25 (D  1)  Ec : k  log10 





dimana : Ec = Ec = f c’ =

Modulus elastisitas beton (psi). 57000  f c’ Kuat tekan beton (benda uji silinder 15 x 30 cm), dalam psi.

Berdasar rumus tersebut diatas, nilai parameter kuat tekan beton diperlukan untuk dapat menyelesaikan persamaan tersebut. Di Indonesia yang menjadi ketentuan parameter utama adalah flexural strength (modulus of rupture) yaitu sebesar : S c’ = 45 kg/cm 2, maka perlu dicari nilai kuat tekan beton yang akan digunakan agar persamaan tersebut diatas dapat diselesaikan. Pendekatan dilakukan sebagai berikut : 1.

Persamaan menurut SNI 1991 f r = 0,70  f c’ dimana : f r = f c’ =

Flexural strength (modulus of rupture) = Sc’, dalam MPa Kuat tekan beton (benda uji silinder 15 x 30 cm, umur 28 hari), dalam MPa

Flexural strength : S c’ = 45 kg/cm2 = 45 x 0,084 = 3,78 MPa = f r f r = 0,70  f c’ 3,78 = 0,70  f c’

III - 15

f c’ = 29,16 MPa = 29,16 : 0,084 = 347,14 kg/cm 2 Jika ditinjau dengan menggunakan : f c’ = 375 kg/cm 2 f c’ = 375 x 0,084 = 31,50 MPa f r = 0,70  f c’ = 0,70  31,50 = 3,93 MPa = 3,93 : 0,084 = 46,77 kg/cm 2 Dari pendekatan tersebut diatas, hubungan kuat tekan beton dengan flexural strength untuk keperluan desain parameter rigid pavement menurut SNI 1991 diberikan seperti pada Tabel 3.12 , sebagai berikut : Tabel 3.12. : Korelasi kuat tekan - flexural strength, menurut SNI 1991

2.

No.

Kuat tekan (kg/cm2)

flexural strength (kg/cm2)

1 2 3

347,14 350,00 375,00

45,00 45,18 46,77

Persamaan menurut ACI-89 f r = 7,5  f c’ dimana : f r = f c’ =

Flexural strength (modulus of rupture) = Sc’, dalam psi Kuat tekan beton (benda uji silinder 15 x 30 cm, umur 28 hari), dalam psi

Flexural strength : S c’ = 45 kg/cm2 = 45 x 14,22 = 639,90 psi = f r f r = 7,5 f c’ 639,9 = 7,5  f c’ f c’ = 7.279,50 psi = 7.279,5 : 14,22 = 511,92 kg/cm 2 Jika : f c’ = 525 kg/cm2 f c’ = 525 x 14,22 = 7.465,50 psi f r = 7,5  f c’ = 7,5  7.465,5 = 648,02 psi = 648,02 : 14,22 = 45,57 kg/cm 2 Jika : f c’ = 375 kg/cm2 f c’ = 375 x 14,22 = 5.332,50 psi f r = 7,5  f c’ = 7,5  5.332,5 = 547,68 psi = 547,68 : 14,22 = 38,51 kg/cm 2 Jika : f c’ = 350 kg/cm2 f c’ = 350 x 14,22 = 4.977 psi f r = 7,5  f c’ = 7,5  4.977 = 529,11 psi = 529,118 : 14,22 = 37,21 kg/cm 2 Dari pendekatan tersebut diatas, hubungan kuat tekan beton dengan flexural strength untuk keperluan desain parameter rigid pavement menurut ACI-89 diberikan seperti pada Tabel 3.13, sebagai berikut :

III - 16

Tabel 3.13. : Korelasi kuat tekan - flexural strength, menurut ACI-89 No.

Kuat tekan (kg/cm2)

flexural strength (kg/cm2)

1 2 3 4

350,00 375,00 511,92 525,00

37,21 38,51 45,00 45,57

Dari pendekatan diatas, diambil nilai Kuat tekan beton : f c’ = 350 kg/cm2 (benda uji silinder 15 x 30 cm) berdasar SNI 1991 : f c’ = 350 x 14,22 = 4.977 psi Modulus elastisitas beton : E c = 57000  f c’ = 57000  4977 = 4.020.000 psi (dibulatkan). 3.17.

PARAMETER FLEXURAL STRENGTH Hampir semua spesifikasi jalan rigid pavement di Indonesia mensyaratkan flexural strength : Sc’ = 45 kg/cm2 = 640 psi.

3.18.

PARAMETER DRAINAGE COEFFICIENT Berdasarkan pendekatan hidrologi di Indonesia dan dari literatur serta referensi yang ada, nilai drainage coefficient dapat didekati. 1.

Penetapan variable prosen perkerasan terkena air Pendekatan persentasi struktur perkerasan dalam satu tahun terkena air sampai tingkat saturated : Koefisien pengaliran ( C ) : Lihat Tabel 3.7 . dan 3.8. Koefisien pengaliran

Binkot Imam Subarkah

C

Jalan beton & aspal

0,70 - 0,95

Jalan aspal

0,70 - 0,95

Jalan beton

0,80 - 0,95

Interval C terpilih

0,80 - 0,95

C yang mewakili

0,875

T jam Thari C WL

= = = =

Pheff 

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

0,875

3 jam per hari 100 hari hujan dalam setahun (pendekatan jumlah hari hujan per tahun) 0,875 = 87,5 % 100 – C = 100 – 87,5 = 12,5 % = 0,125 3 100   0,125  100  0,43 % < 1 % 24 365

III - 17

Dengan dasar justifikasi teknis dan pendekatan tersebut diatas, maka dapat digunakan angka persentase struktur perkerasan dalam satu tahun terkena air sampai tingkat saturated sebesar < 1 %. 2.

Penetapan variabel mutu drainase Pendekatan dengan lama dan frekuensi hujan, yang rata-rata terjadi hujan selama 3 jam per hari (atau kurang) dan jarang sekali terjadi hujan terus menerus selama 1 minggu, maka waktu 1 hari dan setidak-tidaknya 1 minggu (pada Tabel 3.6 ) dapat diambil sebagai pendekatan dalam penentuan kualitas drainase. Untuk kondisi khusus dapat dilakukan kajian tersendiri. Dari Tabel 3.6 , diambil Quality of drainage : Fair – Good . Sistem drainase dengan kondisi poor perlu dilakukan tindakan perbaikan kondisi sehingga mutu drainase setidaknya menjadi fair.

3. Penetapan drainage coefficient

 Prosen struktur perkerasan dalam 1 tahun terkena air sampai tingkat saturated < 1 %  Mutu drainase : fair - good Dari hasil pendekatan 2 variabel tersebut diatas dan dari Tabel 3.9. didapat drainage coefficient : Cd = 1,15 Cd

Drainage coefficient

3.19.

Good

1,15 - 1,20

Fair

1,10 - 1,15

Interval Cd terpilih

1,15

Cd yang mewakili

1,15

1,10

1,15

1,20

1,15

PARAMETER LOAD TRANSFER COEFFICIENT Penetapan parameter load transfer :

 Joint dengan dowel  Untuk overlay design

: :

J = 2,5 – 3,1 (diambil dari AASHTO 1993 halaman II-26). J = 2,2 – 2,6 (diambil dari AASHTO 1993 halaman III-132).

Interval nilai koefisien load Nilai transfer dapat sebagai : Pavement type J 2,20 disusun 2,30 2,40 2,50 berikut 2,60 2,70 Plain jointed & jointed reinforced

2,5 - 3,1

Overlay design

2,2 - 2,6

Interval J terpilih

2,5 - 2,6

J yang mewakili

2,55

2,80

2,90

3,00

3,10

2,55

Load transfer coefficient, diambil : J = 2,55

III - 18

3.20.

PAREMETER DESAIN DAN DATA PERENCANAAN RIGID PAVEMENT Parameter desain dan data perencanaan untuk menentukan tebal pelat beton rigid pavement , disajikan seperti pada Tabel 3.14. Tabel 3.14. : Parameter dan data yang digunakan dalam perencanaan. No.

Parameter

1. Umur Rencana 2. Lalu-lintas, ESA 3. Terminal serviceability (pt) 4. Initial serviceability (po) 5. Serviceability loss ( PSI) 6. Reliability (R) 7. Standard normal deviation (Z R) 8. Standard deviation (So) 9. Modulus reaksi tanah dasar (k) 10. Modulus elastisitas beton (Ec) 11. Flexural strength (S’c) 12. Drainage coefficient (C d) 13. Load transfer coefficient (J)

3.21.

AASHTO

Desain

2,0 – 3,0 4,5 po – pt 75 – 99,9 - 0,674 s/d - 1,645 0,30 – 0,40 Berdasar CBR = 6 *) Berdasar : f’c = 350 kg/cm2 Berdasar : S’c = 45 kg/cm2 1,10 – 1,20 2,50 – 2,60

20 tahun Traffic design 2,5 4,5 2,0 90 % - 1,282 0,35 160 pci 4.020.000 psi 45 kg/cm2 1,15 2,55

DESAIN GABUNGAN RIGID & FLEXIBLE PAVEMENT (COMPOSITE PAVEMENT) Perencanaan gabungan rigid & flexible pavement (composite) yang digunakan adalah pendekatan desain overlay hotmix diatas rigid pavement yang mengacu pada AASHTO guide for design of pavement structures 1993 . Prosedur, parameter-parameter perencanaan mengikuti metode perencanaan Rigid Pavement diatas dengan gabungan formula overlay diatas rigid pavement tersebut, sebagai berikut ini. Dol = A ( Df – D eff ) A = 2,2233 + 0,0099 ( Df – Deff )2 – 0,1534 ( D f – Deff ) dimana : Dol Df Deff A

3.22.

= = = =

Tebal flexible pavement (inches). Tebal total perkerasan rencana (inches). Tebal lapis pelat beton effective (inches). Faktor konversi lapis perkerasan beton ke hotmix.

ADDITIONAL OVERLAY Jika gabungan rigid & flexible pavement tersebut di-desain dengan konstruksi awal pelat beton dan kemudian di-overlay, maka perencanaan menjadi sebagai berikut :

III - 19

1).

Konstruksi awal Konstruksi awal digunakan rigid pavement tebal D cm, di-analisis equivalent standard axle load dan nilai umur rencana terhadap struktur perkerasan kaku setebal D cm tersebut.

2).

Remaining life (RL) dan pavement condition factor (CF) RL

 Np   100  1    N1,5 

dimana : RL = Np = N1,5 =

Remaining life (%) Total traffic saat overlay, ESAL Total traffic pada kondisi perkerasan berakhir (failure), ESAL

Condition factor (CF), menggunakan Gambar 3.10. (diambil dari Figure 5.2. AASHTO 1993 halaman III-90). Atau formula :

CF  R L 0,165

Gambar 3.10. : Hubungan Condition Factor dan Remaining Life.

3). Desain additional overlay Lihat sub-bab 3.21. diatas. 4).

Tinjauan kemampu-layanan a.

Kondisi pada akhir tahun ke N p Pada akhir tahun ke-N p diperkirakan kondisi kemampu-layanan perkerasan sebagai berikut :

III - 20

     b.

Tebal pelat rencana Tebal pelat effective Umur rencana ESAL design Terminal serviceability index = 2,5

Kondisi pada akhir tahun ke N 1,5 Pada akhir tahun ke-N1,5 diperkirakan kondisi kemampu-layanan perkerasan sebagai berikut :

    c.

Tebal pelat rencana Umur rencana ESAL design Serviceability index (failure) = 1,5

Kondisi pada akhir tahun umur rencana Pada akhir tahun umur rencana diperkirakan kondisi kemampu-layanan perkerasan sebagai berikut :

    

Tebal overlay Tebal pelat Umur rencana = 20 tahun ESAL design Terminal serviceability index = 2,5

d. Overlay Diperkirakan diperlukan overlay agar kondisi perkerasan tetap diatas nilai batas terminal serviceability index 2,5 sebelum menurun kemampu-layanannya menjadi 1,5 dan selanjutnya dapat mencapai umur rencana 20 tahun. Kondisi kemampu-layanan perkerasan sebelum dan sesudah di-overlay digambarkan seperti pada Gambar 3.11.

III - 21

Serviceability

Rigid pavement ( Initial construction )

Overlay

Po = 4,5 4.0 3.5 3.0 Pt = 2,5 2.0 1.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tebal pelat Umur Rencana ESAL design Pt

11

12

13

3.23.1.

Steel working stress

16

17

18

19

20 Tahun

2,5

Gambar 3.11. Kemampu-layanan rigid pavement dan additional overlay Catatan : angka / nilai pada gambar, sebagai contoh.

REINFORCEMENT DESIGN

15

Failure

Tebal pelat Umur Rencana ESAL design Pt

3.23.

14

1,5

Tebal AC Tebal pelat U mu r R en ca na ESAL design Pt

2 0 t ah un 2,5

Allowable working stress f s untuk grade 40 = 30.000 psi. 3.23.2.

Friction factor Friction factor dapat mengacu pada Tabel 3.15. Tabel 3.15. : Recommended friction factor. Type material dibawah slab Surface treatment Lime stabilization Asphalt stabilization Cement stabilization River gravel Crushed stone Sandstone Natural subgrade

Friction factor (F) 2,2 1,8 1,8 1,8 1,5 1,5 1,2 0,9

Sumber : AASHTO 1993 halaman II-28.

III - 22

3.23.3.

Longitudinal & transverse steel reinforcing Prosen longitudinal & transverse steel diperlukan : Ps



LF 2f s

 100

dimana : Ps L f s F 3.23.4.

= = = =

Longitudinal & transverse steel diperlukan (%). Panjang slab (feet). Steel working stress (psi). Friction factor.

Tie bar Tie Bar dirancang untuk memegang plat sehingga teguh, dan dirancang untuk menahan gayagaya tarik maksimum. Tie bar tidak dirancang untuk memindah beban. Jarak tie bar dapat mengacu pada Tabel 3.14.

Tabel 3.14. : Tie bar. Jenis dan mutu baja

Tegangan kerja (psi)

Tebal perkerasan (in)

Grade 40

30.000

6 7 8 9 10 11 12

Diameter batang ½ in Jarak maximum (in) Panjang Lebar Lebar Lebar (in) lajur lajur lajur 10 ft 11 ft 12 ft 25 25 25 25 25 25 25

48 48 48 48 48 35 32

48 48 44 40 38 32 29

48 48 40 38 32 29 26

Diameter batang 5/8 in Jarak maximum (in) Panjang Lebar Lebar Lebar (in) lajur lajur lajur 10 ft 11 ft 12 ft 30 30 30 30 30 30 30

48 48 48 48 48 48 48

48 48 48 48 48 48 48

48 48 48 48 48 48 48

Sumber : Literartur / Makalah UI.

3.23.5. Dowel Alat pemindah beban yang biasa dipakai adalah dowel baja bulat polos. Syarat perancangan minimum dapat mengacu pada Tabel 3.15, atau penentuan diameter dowel dapat menggunakan pendekatan formula : d 

D 8

dimana : d = D =

Diamater dowel (inches). Tebal pelat beton (inches)

III - 23

Tabel 3.15. : Rekomendasi dowel. Tebal perkerasan (in)

Dowel diameter (in)

Panjang dowel (in)

Jarak dowel (in)

6 7 8 9 10 11 12

3/4 1 1 1 1/4 1 1/4 1 1/4 1 1/4

18 18 18 18 18 18 18

12 12 12 12 12 12 12

Sumber : Literartur / Makalah UI.

3.23.6.

Parameter desain dan data reinforcement design Parameter desain dan data untuk reinforcement design tersebut diatas disajikan seperti pada Tabel 3.16. Tabel 3.16. : Parameter dan data yang digunakan dalam perencanaan. No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

3.23.7.

Parameter Steel working stress ( fs ) : grade 40 Friction factor ( F ) Tebal pelat Panjang pelat arah longitudinal Traffic lane & shoulder wide Jarak dari tepi bebas Lebar lajur

AASHTO

Desain

Grade 40 1,8

30.000 psi 1,8 Lihat desain tebal pelat 15,00 feet 24,00 feet 11,00 feet 11,00 feet

Dowel (ruji) Dowel berupa batang baja tulangan polos (maupun profil), yang digunakan sebagai sarana penyambung / pengikat pada beberapa jenis sambungan pelat beton perkerasan jalan. Dowel berfungsi sebagai penyalur beban pada sambungan, yang dipasang dengan separuh panjang terikat dan separuh panjang dilumasi atau dicat untuk memberikan kebebasan bergeser.

III - 24

Tabel 3.17. : Ukuran dan jarak batang dowel (ruji) yang disarankan. Tebal pelat

Diameter

Panjang

Jarak

inci

mm

inci

mm

inci

mm

inci

mm

6 7 8 9 10 11 12 13 14

150 175 200 225 250 275 300 325 350

¾ 1 1 1¼ 1¼ 1¼ 1½ 1½ 1½

19 25 25 32 32 32 38 38 38

18 18 18 18 18 18 18 18 18

450 450 450 450 450 450 450 450 450

12 12 12 12 12 12 12 12 12

300 300 300 300 300 300 300 300 300

Sumber : Principles of pavement design by Yoder & Witczak, 1975

3.23.8.

Batang pengikat (Tie bar) Tie bar adalah potongan baja yang diprofilkan yang dipasang pada sambungan lidah-alur dengan maksud untuk mengikat pelat agar tidak bergerak horisontal. Batang pengikat dipasang pada sambungan memanjang, lihat Gambar 3.12.

X3

X1 X2

2

1

1, 2, 3, = Sambungan pelaksanaan memanjang Bahu

Lajur 1

Lajur 2

0,5 m

3,6 m

3,6 m

Gambar 3.12. : Jarak sambungan dari tepi terdekat.

Cara menentukan dimensi batang pengikat : Jarak sambungan dari tepi terdekat, lihat sketsa Gambar 3.12. Tabel perhitungan : Jarak maximum Tie bar (cm)

Nomor Sambungan

Jarak (X) meter

 12 mm

 16 mm

2

3,60

Tergantung tebal pelat

Tergantung tebal pelat

III - 25

3.24.

HASIL DESAIN RIGID PAVEMENT Hasil perhitungan rigid pavement sebagai berikut ini :

 Pelat beton rigid pavement  Wet lean concrete

= =

28 cm 10 cm

Perhitungan tebal perkerasan kaku diberikan pada Lampiran .

III - 26

Rigid Pavement

Recommend Documents