Rigid Pavement
Content
BAB III
DESAIN RIGID PAVEMENT
DENGAN METODE AASHTO 1993
3.1.
UMUM
Perencanaan mengacu pada AASHTO (American Association of State Highway and
Transportation Officials) guide for design of pavement structures 1993 (selanjutnya disebut
AASHTO 1993). Langkah-langkah / tahapan, prosedur dan parameter-parameter perencanaan
diberikan sebagai berikut dibawah ini.
Parameter perencanaan terdiri :
Analisis lalu-lintas : mencakup umur rencana, lalu-lintas harian rata-rata, pertumbuhan lalulintas tahunan, vehicle damage factor, equivalent single axle load
Terminal serviceability index
Initial serviceability
Serviceability loss
Reliability
Standar normal deviasi
Standar deviasi
CBR dan Modulus reaksi tanah dasar
Modulus elastisitas 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 design).
Faktor distribusi arah : DD = 0,3 – 0,7 dan umumnya diambil 0,5 (AASHTO 1993 hal. II-9).
Faktor distribusi lajur (DL), mengacu pada Tabel 4.1.(AASHTO 1993 halaman II-9).
III - 1
BAGAN ALIR PROSEDUR PERENCANAAN TEBAL PERKERASAN KAKU – CARA AASHTO 1993
Traffic
Reliability
Serviceability
Umur rencana
Faktor distribusi arah
Faktor distribusi lajur
LHR pada tahun dibuka
Pertumbuhan lalu-lintas tahunan
Vehicle damage factor
Desain ESAL
Standard normal deviation
Standard deviation
Terminal serviceability
Initial serviceability
CBR
Modulus reaksi tanah dasar
Kuat tekan beton
Modulus elastisitas beton
Tidak
Serviceability loss
Coba
Tebal pelat
Flexural strength
Drainage coefficient
Load transfer coefficient
Gambar 3.1.
III - 2
Check
Equation
Ya
Tebal pelat
rencana
Tabel 3.1. : Faktor distribusi lajur (DL).
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 VDFj DD DL 365
N1
dimana :
W18
LHRj
VDFj
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 gn
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
2.
Flexural strength (Sc’)
=
Kuat tekan (benda uji silinder 15 x 30 cm) : fc’ =
45 kg/cm2
350 kg/cm2 (disarankan)
Wet lean concrete
Kuat tekan (benda uji silinder 15 x 30 cm) : fc’ =
105 kg/cm2
Sc’ digunakan untuk penentuan paramater flexural strength, dan fc’ digunakan untuk penentuan
parameter modulus elastisitas beton (Ec).
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 :
1.
2.
3.
4.
Peramalan kinerja perkerasan.
Peramalan lalu-lintas.
Perkiraan tekanan gandar.
Pelaksanaan konstruksi.
Kinerja perkerasan diramalkan pada angka desain Terminal Serviceability pt = 2,5
(untuk jalan raya utama), pt = 2,0 (untuk jalan lalu-lintas rendah), dan Initial
Serviceability po = 4,5 (angka ini bergerak dari 0 – 5).
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.
Perkiraan tekanan gandar yang diperoleh secara primer dari WIM survey, tingkat
kehandalannya jauh lebih baik dibanding menggunakan data sekunder.
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 : So = 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 (ZR).
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 (ZR)
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 : po = 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 (pt).
Percent of people
stating unacceptable
pt
12
55
85
3,0
2,5
2,0
Penetapan parameter serviceability :
3.7.
Initial serviceability
Terminal serviceability index Jalur utama (major highways)
Terminal serviceability index Jalan lalu-lintas rendah
Total loss of serviceability
:
:
:
:
po = 4,5
pt = 2,5
pt = 2,0
PSI p o p t
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
E c 57.000 fc'
dimana :
Ec
fc’
=
=
Modulus elastisitas beton (psi).
Kuat tekan beton, silinder (psi).
Kuat tekan beton fc’ ditetapkan sesuai pada Spesifikasi pekerjaan (jika ada dalam spesifikasi).
Di Indonesia saat ini umumnya digunakan : fc’ = 350 kg/cm2
3.9.
FLEXURAL STRENGTH
Flexural strength (modulus of rupture) ditetapkan sesuai pada Spesifikasi pekerjaan.
Flexural strength saat ini umumnya digunakan : Sc’ = 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.
3.10.2.
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 %
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.
1.
2.
Kondisi permukaan tanah
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
Beraspal
Beton
Batu
C
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
Tjam
T
hari WL 100
24
365
dimana :
Pheff
=
Tjam
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 :
Joint dengan dowel :
Untuk overlay design :
3.12.
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)
log10 W18 ZR So 7,35 log10 (D 1) 0,06
PSI
log10
4,5 1,5
1
7
1,62410
4,22 0,32 p t log10
(D 1) 8,46
S'c Cd D0,75 1,132
18,42
215,63 J D0,75
Ec : k0,25
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 = po – 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
Urban
80 - 99,9
80 - 99
Rural
75 - 95
Urban
Rural
80 - 95
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 : So = 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, ZR, So
No.
1.
2.
3.
3.14.
Angka tengah
Reliability (R)
Standard normal deviation (ZR)
Standard deviation (So)
90 %
- 1,282
0,35
PARAMETER SERVICEABILITY
3.15.
Parameter
Terminal serviceability index :
Initial serviceability
:
Total loss of serviceability
:
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
M R 1.500 CBR 1.500 6
464 pci
19,4
19,4
19,4
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 1.500 CBR 1.500 5
387 pci
19,4
19,4
19,4
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 3.6, 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 1.500 CBR 1.500 4
309 pci
19,4
19,4
19,4
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 3.8, 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
250
300
400
500
600
700 800
California Bearing Ratio (CBR)
7
8
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
Gambar 3.6. : 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)
133
100
150
200
CBR = 5
2
3
4
5
250
300
400
500
600
700 800
California Bearing Ratio (CBR)
6
7
8
9
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80 100
Gambar 3.7. : Hubungan antara (k) dan (CBR), Highway Engineering, Clarkson H Oglesby, R Gary Hicks,
Stanford University & Oregon State University, 1996
CBR = 4
110
309
Gambar 3.8. : Effective Modulus of Subgrade Reaction, k (pci)
Correction of Effective modulus of Subgrade Reaction for Potensial Loss Subbase Support (6)
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
Gambar 3.9. : Hubungan antara (k) dan (CBR), Highway Engineering, Clarkson H Oglesby, R Gary Hicks,
Stanford University & Oregon State University, 1996
3.16.
PARAMETER KUAT TEKAN UNTUK MODULUS ELASTISITAS BETON
Lihat persamaan penentuan tebal pelat beton rigid pavement berikut ini (dari AASHTO 1993) :
log10 W18 ZR So 7,35 log10 (D 1) 0,06
PSI
log10
4,5 1,5
1
1,624107
(D 1) 8,46
4,22 0,32 p t log10
S'c Cd D0,75 1,132
18,42
215,63 J D0,75
Ec : k0,25
dimana :
Ec =
Ec =
fc’ =
Modulus elastisitas beton (psi).
57000 fc’
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 : Sc’ = 45 kg/cm2, 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
fr = 0,70 fc’
dimana :
fr =
fc’ =
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 : Sc’ = 45 kg/cm2 = 45 x 0,084 = 3,78 MPa = fr
fr = 0,70 fc’
3,78 = 0,70 fc’
III - 15
fc’ = 29,16 MPa = 29,16 : 0,084 = 347,14 kg/cm2
Jika ditinjau dengan menggunakan : fc’ = 375 kg/cm2
fc’ = 375 x 0,084 = 31,50 MPa
fr = 0,70 fc’ = 0,70 31,50 = 3,93 MPa = 3,93 : 0,084 = 46,77 kg/cm2
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
fr = 7,5 fc’
dimana :
fr =
fc’ =
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 : Sc’ = 45 kg/cm2 = 45 x 14,22 = 639,90 psi = fr
fr = 7,5 fc’
639,9 = 7,5 fc’
fc’ = 7.279,50 psi = 7.279,5 : 14,22 = 511,92 kg/cm2
Jika : fc’ = 525 kg/cm2
fc’ = 525 x 14,22 = 7.465,50 psi
fr = 7,5 fc’ = 7,5 7.465,5 = 648,02 psi = 648,02 : 14,22 = 45,57 kg/cm2
Jika : fc’ = 375 kg/cm2
fc’ = 375 x 14,22 = 5.332,50 psi
fr = 7,5 fc’ = 7,5 5.332,5 = 547,68 psi = 547,68 : 14,22 = 38,51 kg/cm2
Jika : fc’ = 350 kg/cm2
fc’ = 350 x 14,22 = 4.977 psi
fr = 7,5 fc’ = 7,5 4.977 = 529,11 psi = 529,118 : 14,22 = 37,21 kg/cm2
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 : fc’ = 350 kg/cm2 (benda uji silinder 15 x
30 cm) berdasar SNI 1991 :
fc’ = 350 x 14,22 = 4.977 psi
Modulus elastisitas beton : Ec = 57000 fc’ = 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
Jalan aspal
0,70 - 0,95
0,70 - 0,95
Jalan beton
0,80 - 0,95
Interval C terpilih
0,80 - 0,95
C yang mewakili
0,875
Tjam
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
Overlay design
2,5 - 3,1
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.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
3.21.
Umur Rencana
Lalu-lintas, ESA
Terminal serviceability (pt)
Initial serviceability (po)
Serviceability loss (PSI)
Reliability (R)
Standard normal deviation (ZR)
Standard deviation (So)
Modulus reaksi tanah dasar (k)
Modulus elastisitas beton (Ec)
Flexural strength (S’c)
Drainage coefficient (Cd)
Load transfer coefficient (J)
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 – Deff )
A = 2,2233 + 0,0099 ( Df – Deff )2 – 0,1534 ( Df – 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)
Np
R L 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 Np
Pada akhir tahun ke-Np 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 N1,5
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 :
d.
Tebal overlay
Tebal pelat
Umur rencana = 20 tahun
ESAL design
Terminal serviceability index = 2,5
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
Failure
Gambar 3.11.
Kemampu-layanan rigid pavement dan additional overlay
Catatan : angka / nilai pada gambar, sebagai contoh.
REINFORCEMENT DESIGN
15
2,5
Tebal pelat
Umur Rencana
ESAL design
Pt
3.23.
14
1,5
Tebal AC
Tebal pelat
Umur Rencana
ESAL design
Pt
20 tahun
2,5
Allowable working stress fs 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
100
2f s
dimana :
Ps
L
fs
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
inci
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Diameter
mm
150
175
200
225
250
275
300
325
350
inci
¾
1
1
1¼
1¼
1¼
1½
1½
1½
Panjang
mm
19
25
25
32
32
32
38
38
38
inci
18
18
18
18
18
18
18
18
18
mm
450
450
450
450
450
450
450
450
450
Jarak
inci
12
12
12
12
12
12
12
12
12
mm
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
DESAIN RIGID PAVEMENT
DENGAN METODE AASHTO 1993
3.1.
UMUM
Perencanaan mengacu pada AASHTO (American Association of State Highway and
Transportation Officials) guide for design of pavement structures 1993 (selanjutnya disebut
AASHTO 1993). Langkah-langkah / tahapan, prosedur dan parameter-parameter perencanaan
diberikan sebagai berikut dibawah ini.
Parameter perencanaan terdiri :
Analisis lalu-lintas : mencakup umur rencana, lalu-lintas harian rata-rata, pertumbuhan lalulintas tahunan, vehicle damage factor, equivalent single axle load
Terminal serviceability index
Initial serviceability
Serviceability loss
Reliability
Standar normal deviasi
Standar deviasi
CBR dan Modulus reaksi tanah dasar
Modulus elastisitas 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 design).
Faktor distribusi arah : DD = 0,3 – 0,7 dan umumnya diambil 0,5 (AASHTO 1993 hal. II-9).
Faktor distribusi lajur (DL), mengacu pada Tabel 4.1.(AASHTO 1993 halaman II-9).
III - 1
BAGAN ALIR PROSEDUR PERENCANAAN TEBAL PERKERASAN KAKU – CARA AASHTO 1993
Traffic
Reliability
Serviceability
Umur rencana
Faktor distribusi arah
Faktor distribusi lajur
LHR pada tahun dibuka
Pertumbuhan lalu-lintas tahunan
Vehicle damage factor
Desain ESAL
Standard normal deviation
Standard deviation
Terminal serviceability
Initial serviceability
CBR
Modulus reaksi tanah dasar
Kuat tekan beton
Modulus elastisitas beton
Tidak
Serviceability loss
Coba
Tebal pelat
Flexural strength
Drainage coefficient
Load transfer coefficient
Gambar 3.1.
III - 2
Check
Equation
Ya
Tebal pelat
rencana
Tabel 3.1. : Faktor distribusi lajur (DL).
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 VDFj DD DL 365
N1
dimana :
W18
LHRj
VDFj
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 gn
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
2.
Flexural strength (Sc’)
=
Kuat tekan (benda uji silinder 15 x 30 cm) : fc’ =
45 kg/cm2
350 kg/cm2 (disarankan)
Wet lean concrete
Kuat tekan (benda uji silinder 15 x 30 cm) : fc’ =
105 kg/cm2
Sc’ digunakan untuk penentuan paramater flexural strength, dan fc’ digunakan untuk penentuan
parameter modulus elastisitas beton (Ec).
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 :
1.
2.
3.
4.
Peramalan kinerja perkerasan.
Peramalan lalu-lintas.
Perkiraan tekanan gandar.
Pelaksanaan konstruksi.
Kinerja perkerasan diramalkan pada angka desain Terminal Serviceability pt = 2,5
(untuk jalan raya utama), pt = 2,0 (untuk jalan lalu-lintas rendah), dan Initial
Serviceability po = 4,5 (angka ini bergerak dari 0 – 5).
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.
Perkiraan tekanan gandar yang diperoleh secara primer dari WIM survey, tingkat
kehandalannya jauh lebih baik dibanding menggunakan data sekunder.
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 : So = 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 (ZR).
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 (ZR)
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 : po = 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 (pt).
Percent of people
stating unacceptable
pt
12
55
85
3,0
2,5
2,0
Penetapan parameter serviceability :
3.7.
Initial serviceability
Terminal serviceability index Jalur utama (major highways)
Terminal serviceability index Jalan lalu-lintas rendah
Total loss of serviceability
:
:
:
:
po = 4,5
pt = 2,5
pt = 2,0
PSI p o p t
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
E c 57.000 fc'
dimana :
Ec
fc’
=
=
Modulus elastisitas beton (psi).
Kuat tekan beton, silinder (psi).
Kuat tekan beton fc’ ditetapkan sesuai pada Spesifikasi pekerjaan (jika ada dalam spesifikasi).
Di Indonesia saat ini umumnya digunakan : fc’ = 350 kg/cm2
3.9.
FLEXURAL STRENGTH
Flexural strength (modulus of rupture) ditetapkan sesuai pada Spesifikasi pekerjaan.
Flexural strength saat ini umumnya digunakan : Sc’ = 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.
3.10.2.
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 %
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.
1.
2.
Kondisi permukaan tanah
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
Beraspal
Beton
Batu
C
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
Tjam
T
hari WL 100
24
365
dimana :
Pheff
=
Tjam
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 :
Joint dengan dowel :
Untuk overlay design :
3.12.
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)
log10 W18 ZR So 7,35 log10 (D 1) 0,06
PSI
log10
4,5 1,5
1
7
1,62410
4,22 0,32 p t log10
(D 1) 8,46
S'c Cd D0,75 1,132
18,42
215,63 J D0,75
Ec : k0,25
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 = po – 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
Urban
80 - 99,9
80 - 99
Rural
75 - 95
Urban
Rural
80 - 95
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 : So = 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, ZR, So
No.
1.
2.
3.
3.14.
Angka tengah
Reliability (R)
Standard normal deviation (ZR)
Standard deviation (So)
90 %
- 1,282
0,35
PARAMETER SERVICEABILITY
3.15.
Parameter
Terminal serviceability index :
Initial serviceability
:
Total loss of serviceability
:
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
M R 1.500 CBR 1.500 6
464 pci
19,4
19,4
19,4
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 1.500 CBR 1.500 5
387 pci
19,4
19,4
19,4
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 3.6, 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 1.500 CBR 1.500 4
309 pci
19,4
19,4
19,4
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 3.8, 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
250
300
400
500
600
700 800
California Bearing Ratio (CBR)
7
8
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
Gambar 3.6. : 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)
133
100
150
200
CBR = 5
2
3
4
5
250
300
400
500
600
700 800
California Bearing Ratio (CBR)
6
7
8
9
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80 100
Gambar 3.7. : Hubungan antara (k) dan (CBR), Highway Engineering, Clarkson H Oglesby, R Gary Hicks,
Stanford University & Oregon State University, 1996
CBR = 4
110
309
Gambar 3.8. : Effective Modulus of Subgrade Reaction, k (pci)
Correction of Effective modulus of Subgrade Reaction for Potensial Loss Subbase Support (6)
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
Gambar 3.9. : Hubungan antara (k) dan (CBR), Highway Engineering, Clarkson H Oglesby, R Gary Hicks,
Stanford University & Oregon State University, 1996
3.16.
PARAMETER KUAT TEKAN UNTUK MODULUS ELASTISITAS BETON
Lihat persamaan penentuan tebal pelat beton rigid pavement berikut ini (dari AASHTO 1993) :
log10 W18 ZR So 7,35 log10 (D 1) 0,06
PSI
log10
4,5 1,5
1
1,624107
(D 1) 8,46
4,22 0,32 p t log10
S'c Cd D0,75 1,132
18,42
215,63 J D0,75
Ec : k0,25
dimana :
Ec =
Ec =
fc’ =
Modulus elastisitas beton (psi).
57000 fc’
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 : Sc’ = 45 kg/cm2, 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
fr = 0,70 fc’
dimana :
fr =
fc’ =
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 : Sc’ = 45 kg/cm2 = 45 x 0,084 = 3,78 MPa = fr
fr = 0,70 fc’
3,78 = 0,70 fc’
III - 15
fc’ = 29,16 MPa = 29,16 : 0,084 = 347,14 kg/cm2
Jika ditinjau dengan menggunakan : fc’ = 375 kg/cm2
fc’ = 375 x 0,084 = 31,50 MPa
fr = 0,70 fc’ = 0,70 31,50 = 3,93 MPa = 3,93 : 0,084 = 46,77 kg/cm2
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
fr = 7,5 fc’
dimana :
fr =
fc’ =
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 : Sc’ = 45 kg/cm2 = 45 x 14,22 = 639,90 psi = fr
fr = 7,5 fc’
639,9 = 7,5 fc’
fc’ = 7.279,50 psi = 7.279,5 : 14,22 = 511,92 kg/cm2
Jika : fc’ = 525 kg/cm2
fc’ = 525 x 14,22 = 7.465,50 psi
fr = 7,5 fc’ = 7,5 7.465,5 = 648,02 psi = 648,02 : 14,22 = 45,57 kg/cm2
Jika : fc’ = 375 kg/cm2
fc’ = 375 x 14,22 = 5.332,50 psi
fr = 7,5 fc’ = 7,5 5.332,5 = 547,68 psi = 547,68 : 14,22 = 38,51 kg/cm2
Jika : fc’ = 350 kg/cm2
fc’ = 350 x 14,22 = 4.977 psi
fr = 7,5 fc’ = 7,5 4.977 = 529,11 psi = 529,118 : 14,22 = 37,21 kg/cm2
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 : fc’ = 350 kg/cm2 (benda uji silinder 15 x
30 cm) berdasar SNI 1991 :
fc’ = 350 x 14,22 = 4.977 psi
Modulus elastisitas beton : Ec = 57000 fc’ = 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
Jalan aspal
0,70 - 0,95
0,70 - 0,95
Jalan beton
0,80 - 0,95
Interval C terpilih
0,80 - 0,95
C yang mewakili
0,875
Tjam
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
Overlay design
2,5 - 3,1
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.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
3.21.
Umur Rencana
Lalu-lintas, ESA
Terminal serviceability (pt)
Initial serviceability (po)
Serviceability loss (PSI)
Reliability (R)
Standard normal deviation (ZR)
Standard deviation (So)
Modulus reaksi tanah dasar (k)
Modulus elastisitas beton (Ec)
Flexural strength (S’c)
Drainage coefficient (Cd)
Load transfer coefficient (J)
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 – Deff )
A = 2,2233 + 0,0099 ( Df – Deff )2 – 0,1534 ( Df – 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)
Np
R L 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 Np
Pada akhir tahun ke-Np 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 N1,5
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 :
d.
Tebal overlay
Tebal pelat
Umur rencana = 20 tahun
ESAL design
Terminal serviceability index = 2,5
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
Failure
Gambar 3.11.
Kemampu-layanan rigid pavement dan additional overlay
Catatan : angka / nilai pada gambar, sebagai contoh.
REINFORCEMENT DESIGN
15
2,5
Tebal pelat
Umur Rencana
ESAL design
Pt
3.23.
14
1,5
Tebal AC
Tebal pelat
Umur Rencana
ESAL design
Pt
20 tahun
2,5
Allowable working stress fs 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
100
2f s
dimana :
Ps
L
fs
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
inci
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Diameter
mm
150
175
200
225
250
275
300
325
350
inci
¾
1
1
1¼
1¼
1¼
1½
1½
1½
Panjang
mm
19
25
25
32
32
32
38
38
38
inci
18
18
18
18
18
18
18
18
18
mm
450
450
450
450
450
450
450
450
450
Jarak
inci
12
12
12
12
12
12
12
12
12
mm
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
