METODE PERENCANAAN PERKERASAN LENTUR

II.3. METODE PERENCANAAN PERKERASAN LENTUR

II.3.1 Prinsip Perencanaan Perkerasan Lentur Sebelum tahun 1920-an, desain perkerasan pada dasarnya adalah penentuan ketebalan bahan berlapis yang akan memberikan kekuatan dan perlindungan untuk tanah dasar yang lunak, perkerasan yang dirancang untuk menghindari kegagalan geser tanah dasar. Para Insinyur menggunakan pengalaman berdasarkan keberhasilan dan kegagalan dari proyek sebelumnya, menjadi pengalaman dan mengembangkannya menjadi beberapa metode seperti metode perencanaan perkerasan berdasarkan kekuatan geser tanah dasar. [16] Sejak saat itu, volume lalu lintas telah meningkat dan kriteria desain telah berubah. Sama pentingnya dengan memberikan dukungan tanah dasar, mengevaluasi kinerja perkerasan sama pentingnya yaitu melalui kualitas perjalanan dan tekanan permukaan yang meningkatkan tingkat kerusakan struktur perkerasan. Kekuatan menjadi titik fokus dari perencanaan perkerasan. Metode berdasarkan serviceability indeks kualitas pelayanan perkerasan yang dikembangkan berdasarkan percobaan test track. The AASHO Road Test pada tahun 1960-an melakukan sebuah eksperimen yang mana menjadi panduan desain AASHTO. Metode yang dikembangkan dari data uji laboratorium atau percobaan tes jalur di mana kurva model yang dilengkapi dengan data adalah contoh khas metode empiris. Meskipun metode ini mungkin menunjukkan akurasi yang baik, metode empiris hanya berlaku untuk bahan-bahan dan kondisi iklim dimana metode tersebut dikembangkan. Sementara itu, material baru mulai digunakan dalam struktur perkerasan yang memberikan perlindungan tanah dasar yang baik, tetapi dengan model Universitas Sumatera Utara kegagalan. Kriteria desain baru yang diperlukan untuk memasukkan mekanisme kegagalan tersebut misalnya, kelelahan retak dan deformasi permanen dalam kasus beton aspal. Metode Asphalt Institute dan metode Shell adalah contoh prosedur berdasarkan kelelahan retak aspal beton dan mode deformasi kegagalan permanen. Metode ini adalah yang pertama untuk menggunakan mekanika teori linear-elastis untuk menghitung respon struktur, dalam kombinasi dengan model empiris untuk memprediksi jumlah kegagalan untuk perkerasan lentur. Dilemanya adalah bahwa bahan perkerasan tidak menunjukkan perilaku sederhana seperti diasumsikan dalam isotropik linear elastis-teori. Nonlinier, waktu dan tergantung temperatur, dan anisotropi adalah beberapa contoh fitur yang rumit yang sering diamati dalam bahan perkerasan. Dalam kasus ini, kemajuan pemodelan diperlukan untuk memprediksi kinerja mekanis. Pendekatan desain mekanistik didasarkan pada teori mekanika dan berhubungan dengan perilaku perkerasan struktural dan kinerja untuk beban lalu lintas dan pengaruh lingkungan. Telah terjadi kemajuan dalam beberapa tahun terakhir pada bagian kecil dari masalah prediksi kinerja mekanistik, tetapi pada kenyataannya adalah metode mekanistik belum tersedia sepenuhnya dalam prakteknya untuk perencanaan perkerasan. Pada kenyataannya di lapangan metode yang digunakan adalah metode mekanistik empiris, yaitu metode campuran dari metode empiris dan metode mekanistik. Jadi, secara umum ada tiga metode dalam perencanaan perkerasan lentur, yaitu metode empiris, metode mekanistik, dan metode mekanistik empiris. Universitas Sumatera Utara II.3.2. Metode Empiris Metode empiris dikembangkan berdasarkan pengalaman penelitian dari jalan-jalan yang dibuat khusus untuk penelitian atau dari jalan yang sudah ada. [7] Sebuah pendekatan desain empiris adalah desain yang didasarkan pada hasil percobaan atau pengalaman. Pengamatan digunakan untuk membangun korelasi antara input dan hasil dari proses. Misalnya, desain perkerasan dan performa. Pendekatan empiris sering digunakan sebagai pembantu ketika terlalu sulit untuk mendefinisikan secara teoritis penyebab dan efek hubungan yang tepat dari fenomena. [16] Metode empiris diklasifikasikan menjadi dua kategori yaitu metode empiris tanpa uji kekuatan tanah dan metode empiris dengan tes kekuatan tanah, Penggunaan metode empiris tanpa uji kekuatan tanah berasal dari pengembangan Public Roads PR sistem klasifikasi tanah, di mana tanah dasar tersebut diklasifikasikan menjadi seragam dari A-1 sampai A-8 dan seragam dari B-1 sampai B-3. Sistem PR kemudian dimodifikasi oleh Highway Research Board HRB, di mana tanah dikelompokkan dari A-1 sampai A-7 dan ditambahkan grup indeks untuk membedakan kelompok masing-masing tanah. Steele membahas penerapan klasifikasi HRB dan grup indeks sebagai dasar dalam memperkirakan tebal perkerasan tanpa tes kekuatan. Metode empiris dengan Uji Kekuatan pertama kali digunakan oleh California Highway Department pada tahun 1929. Ketebalan perkerasan berhubungan dengan California Bearing Ratio CBR. CBR didefinisikan sebagai ketahanan penetrasi tanah dasar relatif terhadap standar batu pecah. Desain metode CBR dipelajari secara luas oleh U. S. Corps of Engineers Universitas Sumatera Utara selama Perang Dunia II dan menjadi metode yang sangat populer setelah perang. [7] Kerugian dari metode empiris adalah metode ini hanya dapat diterapkan pada satu daerah atau lingkungan, material, dan kondisi pembebanan. Jika kondisi ini berubah, desain tidak berlaku lagi, dan metode baru harus dikembangkan melalui percobaan Trial and Error untuk menyesuaikan dengan kondisi yang baru. II.3.3. Metode Mekanistik Metode mekanistik adalah suatu metoda yang mengembangkan kaidah teoritis dari karakteristik material perkerasan, dilengkapi dengan perhitungan secara eksak terhadap respons struktur perkerasan terhadap beban sumbu kendaraan. Metode mekanistik mengasumsikan perkerasan jalan menjadi suatu struktur “multi-layer elastic structure” untuk perkerasan lentur dan suatu struktur “beam on elastic foundation” untuk perkerasan kaku. Akibat beban kendaraan yang bekerja diatasnya, yang dalam hal ini dianggap sebagai beban statis merata, maka akan timbul tegangan stress dan regangan strain pada struktur tersebut. Lokasi tempat bekerjanya teganganregangan maksimum akan menjadi kriteria perancangan tebal struktur perkerasan metoda perancangan tebal perkerasan lentur secara mekanistik. II.3.4. Metode Mekanistik-Empiris Metode mekanistik empiris adalah metode dengan Pendekatan hybrid atau campuran. Model empiris yang digunakan untuk mengisi kesenjangan yang ada antara teori mekanik dan performa struktur perkerasan. Respon mekanistik sederhana yang mudah untuk dihitung dengan asumsi dan penyederhanaan yaitu, Universitas Sumatera Utara materi homogen, analisis regangan kecil, pembebanan statis seperti biasanya diasumsikan dalam teori elastis linier, tetapi ini tidak dapat digunakan untuk memprediksi performa secara langsung, beberapa jenis model empiris dibutuhkan untuk membuat korelasi yang tepat. Metode mekanistik-empiris dianggap sebagai langkah penengah antara metode empiris dan metode mekanistik. [16] Metode desain mekanistik-empiris didasarkan pada mekanika bahan yang berhubungan dengan data yang diperlukan seperti beban roda, respon perkerasan, seperti tegangan dan regangan. Nilai respon digunakan untuk memprediksi tekanan dari tes laboratorium dan data kinerja lapangan. Sangat perlu dilakukan pengamatan pada kinerja perkerasan karena teori saja belum terbukti cukup untuk desain perkerasan secara realistis. Kerkhoven dan Dormon pertama kali menyarankan penggunaan regangan tekan vertikal pada permukaan tanah dasar sebagai kriteria kegagalan untuk mengurangi deformasi permanen [7] . Saal dan Pell merekomendasikan penggunaan regangan tarik horisontal di bawah lapisan aspal untuk meminimalkan kelelahan retak, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4. Penggunaan konsep untuk desain perkerasan pertama kali disajikan di Amerika Serikat oleh Dormon dan Metcalf [7] . Gambar 2.4 Regangan pada perkerasan lentur Universitas Sumatera Utara Penggunaan regangan tekan vertikal untuk mengontrol deformasi permanen didasarkan pada fakta bahwa regangan plastis sebanding dengan regangan elastis pada bahan perkerasan [7] . Dengan demikian, dengan membatasi regangan elastis pada tanah dasar, regangan elastis pada bahan di atas tanah dasar juga dapat dikontrol atau dikendalikan, maka, besarnya deformasi permanen pada permukaan perkerasan juga dapat dikendalikan dan dikontrol pada akhirnya. Kedua kriteria telah diadopsi oleh Shell Petroleum International, dan oleh Asphalt Institute [7] . Pada metode mekanistik-empiris yang mereka ciptakan, keuntungan dari metode mekanistik adalah peningkatan reliabilitas dari desain, kemampuan untuk memprediksi jenis kerusakan, dan kemungkinan untuk memperkirakan data dari lapangan dan laboratorium yang terbatas. Sedangkan kelemahan desain secara mekanistik adalah penentuan karakteristik struktural bahan perkerasan lentur yang memerlukan alat uji mekanistik yang relatif mahal.

II.4. TEORI SISTEM LAPIS BANYAK