PERENCANAAN PERKERASAN(Pavement Design)

LAPISAN PERKERASAN :

DIBEDAKAN :

FLEXIBLE PAVEMENT : Lapisan perkerasan menggunakan bahan

Bitumen (aspal).

RIGID PAVEMENT : Lapisan perkerasan menggunakan bahan beton.

1

Asphalt Concrete (AC) atau Portland Cement Concrete (beton PC)

Treated or Untreated Base (Pondasi atas)

Treated or Untreated Subbase (Pondasi bawah)

Treated (or prepared/stabilized) Subgrade (tanah dasar di-stabilisasi

Untreated Subgrade (tanah dasar asli)

Lap. Perke-rasan

1 Batu

pecah. Campur

an batu/kerikil/ aspal.

Tanah bergranular/ berbutir atau

2

3

4

5

2

PAVEMENT

HIGHWAY flexible rigid

Perencanaan tebal perkerasan berdasarkan banyaknya lintasan berulang-ulang dari Beban Roda Ekivalen (Beban Gandar Ekivalen) selama umur perkerasan (teori lelah = fatique)

AIRPORT(Runway & Appron) flexible rigid

Perencanaan tebal perkerasan berdasarkan :

a. Beban satu buah pesawat terbesar yang boleh mendarat.

b. Jumlah lintasan ulang pesawat terbesar (utk lapangan yg besar)

FAKTOR-FAKTOR YANG MENENTUKAN DALAM PERENCANAAN JENIS, SUSUNAN, DAN TEBAL

PERKERASAN

1. BEBAN DAN JUMLAH LALU-LINTAS (TRAFIK)

a) Beban roda

b) Jumlah as (gandar)

c) Jumlah roda per gandar

d) Variasi jenis kendaraan

e) Jumlah trafik perhari dan pertumbuhannya

f) Umur rencana perkerasan

2. KONDISI TANAH DASAR

3. IKLIM DAN (PERUBAHAN) CUACA JUGA KONDISI LINGKUNGAN

SETEMPAT DARI SEGI AIR)

4. JENIS MATERIAL PERKERASAN DAN MUDAH ATAU TIDAK

DIDADAPATKANNYA BAHAN (MATERIAL) PERKERASAN JALAN-

BERIKUT CAMPURAN-CAMPURANNYA – PADA LOKASI TERSEBUT

5. PENGARUH VARIABEL DALAM PELAKSANAAN MEMBUAT JALAN

(construction variables)

6. BIAYA DAN FAKTOR REHABILITASI NANTI

- Kalau jalan sering kebanjiran, sebaiknya dipakai perkerasan jalan kaku (beton PC).

- Kalau tanah dasar masih mengalami penurunan jangka panjang, sebaiknya digunakan perkerasan lentur (aspal beton).

3

4

FLEXIBLE PAVEMENT (Perkerasan Lentur)

a) Initial cost relatip murah.

b) Maintenance berkala dan continue, biaya total maintenance mahal.

c) Tebal perkerasan tergantung dari jenis tanah dasar dan jumlah & kondisi trafik.

d) Pembuatan dapat labor

RIGID PAVEMENT (Perkerasan Kaku)

a) Initial cost relatip mahal.b) Maintenance sedikit (utk

beberapa saat praktis tidak ada maintenance), biaya perawatan murah.

c) Tebal perkerasan tergantung terutama dari jumlah & kondisi trafik saja. Tanah dasar tidak terlalu berpengaruh.

d) Pembuatan umumnya mechanical intensive.

CONTOH DESAIN PERKERASAN JALAN DENGAN CARA AASHTO (1972)

A. FLEXIBLE PAVEMENT.

Catatan : Harga SN dalam satuan inch (= 2,54 cm)

atau equivalen dengan Rumus Bina Marga sbb :

Catatan : Harga ITP dalam cm

Dimana :

Yang harus diketahui dulu :

51

1

2 3

4

Wt18 = total Equivalent Axle Load (EAL) – total standard 18.000 lbs atau 8.16 ton beban gandar – selama umur rencana (design life) yang melewati perkerasan di lajur rencana.

R = Regional factor, (= faktor iklim yang tergantung dari banyak curah hujan, kemungkinan tanah membeku (frozen), tanah kering (padang pasir) dll.

Si = harga Soil Support, harganya dapat dikorelasi langsung dengan harga CBR dari tanah subgrade dan perkerasan.

(untuk Bina Marga istilahnya DDT = Daya Dukung Tanah)

Pt = final serviceability performance dari perkerasan pada akhir umur rencana yaitu : 2,5 untuk jalan raya utama (major highway)

2,0 untuk jalan raya secondary.

Saran : untuk Indonesia Pt = 2,0 untuk jalan utama 1,5 untuk jalan kollektor dan lokal.

Yang dicari :

SN = harga Structural Number dari perkerasan

SN = a1 D1 + a2 D2 + a3 D3 + ………..

ai = structural coefficient untuk lapisan perkerasan.

Di = tebal lapisan perkerasan (dalam inches)

Atau cara Bina Marga:

ITP = a1 D1 + a2 D2 + a3 D3 + ……… , Di dalam cm

LAJUR RENCANA = lajur yang menerima beban dan volume lalu-lintas terbesar.

6

2

3

4

HUBUNGAN ANTARA CBR DAN Si - CBR DAN DDT

B. RIGID PAVEMENT.

7

(Rumus empiris)

Dari AASHTO :

Si = 3,71 log (CBR) + 1,35

dimana, Si = Soil Support Value

Dari Bina Marga :

DDT = 4,30 log (CBR) + 1,70

dimana, DDT = Daya Dukung Tanah

Dimana :

W’t18 = total Equivalent Axle Load 18.000 lbs EAL selama umur rencana.

D = tebal dari pelat beton perkerasan (dlm inches)

Gt = atau

S’c = modulus hancur beton pada umur 28 hari dari (psi) percobaan 3 point test.

Pt = (sama spt Pt pada flexible pavement)

J = Load Transfer Coeficient (lihat buku AASHTO)

z = E/k E = modulus Young (modulus elasticity) dari beton (dlm

psi)K = modulus of subgrade reaction (dalam psi/in)

didapat dari plate bearing test

8

1 2

3

4

5

6

7

2

1

2

3

4

5

6

7

D

Improved Subgrade (hanya kalau perlu)

1, 3, 4, 5, 6 & 7 harus diketahui dulu2 = D yang dicari

9

CONTOH DESIGN PAVEMENT CARA AASHTO

ASSIGNED TRAFFIC CONDITION

DEVIDED FOUR-LANE HIGHWAY (FREEWAY TYPE) 4 LAJUR,

2 LAJUR PER ARAH.

ESTIMATED DESIGN LIFE, 20 YEARS

ESTIMATED AVERAGE DAILY TRAFFIC (ADT) AT THE BEGINNING

OF PAVEMENT LIFE : 18,608 VEHICLES (DATA FROM “THE

WISCONSIN AUTOMATIC DATA 1976” FOR INTERSTATE 90 (I-90)

NEAR NEWSVILLE, WISCONSIN.)

ESTIMATED AVE. DAILY (HEAVY) TRUCK TRAFFIC : 14% OF ADT

PERCENT GROWTH OF TRAFFIC PER YEAR : 2%

CLASSIFICATION OF AXLES OF VEHICLES (RURAL MIDWESTERN

STATE LOADOMETER STATION DATA)

CLIMATIC CONDITION OF PAVEMENT

SAME AS AREAS NOT HEAVILY AFFECTED BY FROST AND LOW

TEMPERATURE CONDITION.

ALABAMA, FLORIDA, LOUISIANA, SOUTHERN TEXAS,

CALIFORNIA ETC.

REGIONAL FACTOR = 1,0 (= R)

10

Table 1An Example of Traffic Data From a Loadometer Station

(Data from Table W-4)*

Single Axle Tandem AxleAxle load groups

(kip)No. of axles

per 1000 trucks

Axle load groups (kip)

No. of axles per 1000 trucks

Under 3000 lbs 426.8 Under 6000 lbs

0.38

3-7 669.6 6-12 169.07-8 228.2 12-18 153.6

8-12 678.8 18-24 139.412-16 230.9 24-30 191.016-18 147.2 30-32 55.318-20 109.6 32-34 31.220-22 39.2 34-36 25.022-24 10.0 36-38 16.424-26 0.38 38-40 15.226-28 0.19 40-42 10.528-30 0.19 42-44 9.2

44-46 2.9 Common 46-48 1.86 (22,7 t) 48-50 1.86 Special 50-52 0.19 (24,5 t) 52-54 0.19

This data is used in this design method.

Data dari “the Wisconsin Automatic Data 1976” untuk Interstate No. 90 (I-90), near Newville, Wisconsin.

Data ini juga merupakan reprentative dari beban axle (gandar) untuk route kendaraan disebuah tempat di luar kota di negara-negara bagian Mid-Western, USA.

11

common

special

13,5 ton

12 ton

PERHITUNGAN EAL 18.000 lbs(Pt = 2,5 dan SN = 3)

Axle load group (1000

lbs)

Reprentative axle load (1000 lbs)

Equiv. factorF

(= Damage Factor)

Jumlah axles per 1000

trucks

Equivalent 18.000 lbs

axle load per 1000 trucks.

1 2 3 4 3 x 4Single axleDibawah 3 2 0,0003 426,8 0,13

3-7 5 0,012 669,6 8,037-8 7,5 0,0425 228,2 9,70

8-12 10 0,12 678,8 81,4612-16 14 0,40 230,9 92,3616-18 17 0,825 147,2 121,4518-20 19 1,245 109,6 136,4520-22 21 1,83 39,2 71,74

:::

:::

:::

:::

:::

28-30 29 6,92 0,19 1,31∑single = 551,30

Tandem axles

Dibawah 6 4 0,001 0,38 0,006-12 9 0,008 69,0 0,5512-18 15 0,055 153,6 8,4518-24 21 0,195 139,4 27,1824-30 27 0,485 191,0 92,6330-32 31 0,795 55,3 43,9632-34 33 1,00 31,2 31,2034-36 35 1,245 25,0 31,12

:::

:::

:::

:::

:::

52-54 53 6,25 0,19 31,12∑tandem = 365,41

Total = 551,30 + 365,41 = 916,71

EAL 18.000 lbs = 916,71 per 1.000 trucks

12

SURFACE a1, D1 D1

HOT MIX ASPHALT CONCRETE

BASE COURSE a2, D2 D2

(GRANULAR) CBR = CBRbase

SUB BASE a3, D3 D3

(GRANULAR SOIL) CBR = CBRsubbase

SUB GRADECBR = CBRsubgrade

1. ITP di atas base = a1 D1

2. ITP di atas subbase = a1 D1 + a2 D2

3. ITP di atas subgrade = a1 D1 + a2 D2 + a3 D3

Keterangan.

Bila ITP di atas base didapatkan dari perhitungan, maka:

D1 = (ITP di atas base)/a1

Kemudian bila D1 < D1minimum , maka D1* = D1min. ; (D1* = D1 hasil perencanaan),

13

dan bila D1 > D1min, maka

D1* = D1.setelah dibulatkan ke 1 cm ke atas.

Bila ITP di atas subbase didapatkan dari perhitungan,Maka : D2 =( ITP di atas subbase – a1 D1*)/ a2 .

Bila didapatkan D2 < D2 minimum , maka D2* = D2min, di mana D2* = D2 hasil perencanaan.

dan bila D2 > D2min, maka

D2* = D2 setelah dibulatkan ke kelipatan 5 cm di atasnya.

Misal, dari hasil peritungan D2 = 12,4 cm maka dibulatkan ke kelipatan 5cm di atasnya (=15 cm)

sehingga D2* = 15 cm.

Bila didapatkan ITP di atas subgrade dari perhitungan,

Maka, D3 = (ITP di atas subgrade - a1 D1*- a2 D2*)/a3 ;

Bila D3 < D3 min , maka D3*= D3 min.

Juga bila D3 > D3 min , maka

D3* = D3 setelah dibulatkan ke kelipatan 5 cm di atasnya (sama seperti pada D2* ).

14

Misalkan dari perhitungan didptkan D3 = 16.8 cm. maka D3*= 20 cm.

STRUCTURAL LAYER COEFICIENTS (ai)(OLEH AASHTO COMMITTEE ON DESIGN, 1972)

KOMPONEN PERKERASAN COEF. ai

a) LAPISAN ATAS (SURFACE COURSE) campuran di jalan (di

tempat) AC (= roadmix, low stability)

hot mix (AMP), high stability AC

sand asphalt

b) BASE COURSE Sandy Gravel (sirtu), Crushed stone, class A Cement-treated base Bituminous treated (ATBL)

& ATBo Coarse – Gradedo Sand asphalt

Lime-treated (campuran kapur & batu).

c) Subbase Sandy Gravel, sirtu class B Sand atau Sandy-clay

0,20

0,440,40

0,070,14

0,15-0,23

0,340,30

0,15-0,30

0,110,05-0,11

Hasil perhitungan :

15

a1 D1 = 2,47

a1 D1 + a2 D2 = 3,45 a2 D2 = 0,98

a1 D1 + a2 D2 + a3 D3 = 5,55 a3 D3 = 2,10

TAMBAHAN :

A

SURFACE (A.C)B

BASE CBR = 100%C

SUBBASE CBR = 30%D

SUBGRADE CBR = 3%

Misal : a1 = 0,44 (hot mix di AMP)a2 = crushed stone = 0,14a3 = sandy gravel/sirtu = 0,11

Didapat : D1 = 5,61 inches = 14,3 cm 15 cm (dibulatkan ke 1 cm-an)

D2 = 7 inches = 17,8 cm 20 cm (dibulatkan kelipatan

ke 5 cm terdekat)

D3 = 19,1 inches = 48,5 cm 50 cm (dibulatkan ke kelipatan 5 cm

terdekat)

AWAS :

1SN

16

a1 D1 = 2,47

a1 D1 + a2 D2 = 3,45 a2 D2 = 0,98

a1 D1 + a2 D2 + a3 D3 = 5,55 a3 D3 = 2,10

Di harus dibuat ≥ Di minimum

CBR pada permukaan lapisan selalu merupakan CBRcomposit dari lapisan-lapisan tanah dibawahnya.

Jadi misal CBR di elevasi C adalah CBRcomposit antara Subbase dan Subgrade.

Tetapi bila D3 ≥ 48,5 cm dapat dianggap bahwa CBRcomposit

di C = CBRsubbase = 30%. Artinya ketebalan subbase sudah mencukupi untuk se-olah-

olah subbase bereaksi sendiri.

Akan tetapi :

Bila D3 < 48,5 cm CBR di C < 30%

Bagaimana caranya mencari CBRcomposit bila D3 < 48,5 cm ?

Misal D3 = 30cm a3 D3 = = 1,30

diketahui (diatas subgrade CBR = 3%) = 5,55

Jadi : = SN3 – 1,30

yang ada

= 5,55 – 1,30 = 4,25

Perhitungan CBRcomposit diatas subgrade dapat dicari sbb :

CBR = CBRcomposit = x Si = k.x (belum diketahui)

Wt18 = 9621400 log Wt18 = 6.98

Pt = 2,5 ; R = 1,0

Dengan rumus yang sama dicari harga Si yang memenuhi persamaan AASHTO sehingga dihasilkan SN2 = 4,25

17

Dari grafik AASHTO (di hal. 22, Figure III-1), atau juga kalau mau lebih tepat pakai Persamaan (1)

di dapat Si = 5,3

Jadi CBRcomposit oleh subgrade + subbase di level C ≈ 12%

18

Atau sebaliknya :

Karena CBRsubbase + subgrade hanya = 12% SN2 = 4,25

Jadi a1 D1 + a2 D2 = 4,25

Bila a1 D1 tetap = 2,47

Maka a2 D2 = 4,25- 2,47 = 1,78

D2 = x 2,54 cm = 32,3 ≈ 35 cm

Jadi bisa saja D3 ditipiskan menjadi 30 cm tetapi D2 harus dipertebal menjadi 35 cm.

Catatan : biasanya cara yang paling ekonomis ialah dengan membuat

lapisan yang sebelah atas paling tipis menurut perhitungan,

karena umumnya lapisan subbase lebih murah.

19

Analog

Misalnya tebal lapisan base D2 dibuat < 17,8 cmBila D2 < 17,8 cm dapat dianggap bahwa CBR base = CBR composit base + subbase + subgrade < 100 % (CBR base asli).

Bagaimana mencarinya (misal D2 = 15cm)

Sama saja !!!

Misal : D3 tetap = 50cm

SN2 = 3,45 D2 = 15 cm

SN1 yang ada = 3,45 - = 2,62

Awas : SN1 = 2,47 hanya bila CBRbase = 100%

padahal CBRbase composit < 100% (dicari)

Untuk CBRbase = anu Si = sesuatu

Wt18 = 9621400; Pt = 2,5 dan R = 1,0 & SN = 2,62

Didapat (dari grafik AASHTO)

Si ≈ 8,7

Didapat CBRcomposit base ≈ 85%.

Konsekuensinya, lapisan surface menjadi lebih tebal dari 15 cm.

20

ISTILAH-ISTILAH DESAINTEBAL PERKERASAN BETON ASPAL

CARA BINA MARGA ‘87

JALUR RENCANA : Salah satu jalur lalu-lintas dari suatu sistim jalan raya yang menampung lalu-lintas tersebut.

UMUR RENCANA(UR)

: Jumlah waktu dalam tahun dihitung sejak jalan tersebut mulai dibuka untuk lalu-lintas sampai saat diperlukan perbaikan berat atau dianggap perlu untuk diberi lapis permukaan yang baru

INDEKS PERMUKAAN(IP)

: Suatu angka yang dipergunakan untuk menyatakan kerataan/ kehalusan serta kekokohan permukaan jalan yang bertalian dengan tingkat pelayanan bagi lalu-lintas yang lewat

LALU-LINTAS HARIAN RATA-RATA (LHR)

: Jumlah rata-rata lalu-lintas kendaraan bermotor roda 4 atau lebih yang dicatat selama 24 jam sehari untuk kedua jurusan

ANGKA EKIVALEN (E) : Angka yang menyatakan perbandingan tingkat kerusakan yang ditimbulkan oleh suatu lintasan beban sumbu tunggal kendaraan terhadap tingkat kerusakan yang ditimbulkan oleh satu lintasan beban standar sumbu tunggal 8,16 ton (18000 lb).

LINTAS EKIVALEN PERMULAAN (LEP)

: Jumlah lintas ekivalen harian rata-rata dari sumbu tunggal seberat 8,16 ton pada jalur rencana yang

21

diduga terjadi pada permulaan umur rencana

LINTAS EKIVALEN AKHIR (LEA)

: Jumlah lintas ekivalen harian rata-rata dari sumbu tunggal seberat 8,16 ton pada jalur rencana yang diduga terjadi pada akhir umur rencana

LINTAS EKIVALEN TENGAH (LET)

: Jumlah lintas ekivalen harian rata-rata dari sumbu tunggal seberat 8,16 ton pada jalur rencana yang diduga terjadi pada pertengahan umur rencana

LINTAS EKIVALEN RENCANA (LER)

: Suatu besaran yang dipakai dalam nomogram penetapan tebal perkerasan untuk menyatakan jumlah lintas ekivalen sumbu tunggal seberat 8,16 ton pada lajur rencana.

LAPIS PERMUKAAN : Bagian perkerasan yang paling atas

DAYA DUKUNG TANAH DASAR (DDT)

: Suatu skala yang dipakai dalam nomogram penetapan tebal perkerasan untuk menyatakan kekuatan tanah dasar

FAKTOR REGIONAL (FR)

: Faktor setempat, menyangkut keadaan lapangan dan iklim, yang dapat mempengaruhi keadaan pembebanan, daya dukung tanah dasar dan perkerasan

INDEKS TEBAL PERKERASAN (ITP)

: Suatu angka yang berhubungan dengan penentuan tebal perkerasan

22

BAGAN ALIRDESAIN TEBAL PERKERASAN BETON ASPAL

CARA BINA MARGA ‘87

Kekuatan tanah dasarDaya Dukung Tanah

Dasar (DDT)

Faktor Regional (FR) Intensitas curah

hujan Kelandaian jalan % kendaraan berat Pertimbangan teknis

Beban lalu-lintasLER pada lajur rencana

Konstruksi bertahap atau tidak dan

Pentahapannya

Indeks permukaanAwal IPo

Akhir IPt

Jenis lapisan

perkerasan

MULAI

Input parameter desain

konstruksi bertahap ?

ya tidak

Tentukan ITPt Tentukan ITP Tahap I selama UR

Tentukan ITP1&2

untuk Tahap I dan Tahap II

koefisien koefisien kekuatan kekuatan relatif relatif

23

SELESAI

INDEK TEBAL PERKERASAN( ITP )

ITP diatas subgrade = a1 D1 + a2 D2 + a3 D3

ITP diatas subbase = a1 D1 + a2 D2

ITP diatas base = a1 D1

bila,

Di < D minimum

maka,

Di = D minimum

24

D1

D2

D3

surface

base

subbase

subgrade

25