Pokok bahasan perancangan campuran beraspal dengan metode PRD

PERANCANGAN PERKERASAN JALAN

  

Pokok bahasan: Perancangan Campuran Aspal Panas Cara PRD (Percentage

Refusal Density)

  1. Pendahuluan

  Berbeda dengan pokok bahasan sebelumnya, pada pokok bahasan ini, campuran beraspal diperoleh dengan cara pemadatan PRD (percentage refusal density) atau dikenal juga dengan campuran beraspal dengan kepadatan membal. Campuran ini dikembangkan dengan mengadopsi jenis campuran beraspal Superpave (superior performing asphalt

  

pavement) yang dikembangkan oleh SHRP (strategic highway research program), yaitu

  salah satu institusi riset di Amerika Serikat yang menangani riset jalan yang bersifat strategis. Jenis campuran ini dikembangkan untuk mengatasi permasalahan pokok yang terjadi pada perkerasan jalan di Indonesia, terutama pada ruas jalan yang menahan beban lalu lintas yang tinggi, yaitu retak dan deformasi plastis.

  Jenis campuran beraspal yang paling banyak digunakan di Indonesia, yaitu jenis campuran aspal beton atau AC yang mempunyai gradasi agregat menerus, mempunyai sifat rentan terhadap retak. Pada saat proses rehabilitasi dari ruas jalan yang mengalami retak, instansi yang berwenang biasanya akan menggunakan jenis campuran HRS (hot-

  

rolled sheet), yaitu jenis campuran beraspal yang mempunyai gradasi agregat senjang dan

  selimut aspal yang lebih tebal, dengan maksud untuk melapisi seluas-luasnya jaringan jalan yang ada dengan anggaran yang tersedia. Selain itu, penggunaan HRS ini, dengan karakteristiknya yang lebih fleksibel, diharapkan dapat mengatasi masalah retak pada lapisan aspal beton di bawahnya.

  Penggunaan HRS memang mampu mengatasi masalah retak pada jaringan jalan, namun demikian masalah baru timbul, yaitu terjadi deformasi plastis dalam waktu singkat, dikarenakan penggunaan gradasi senjang, kadar aspal yang lebih tinggi pada campuran dan beban lalu lintas yang berat. Oleh karena itu, pada saat ini diperlukan suatu campuran beraspal yang dapat memberikan keseimbangan antara tuntutan terhadap ketahanan retak akibat fatigue dan deformasi plastis.

  2. Persyaratan material yang digunakan

  Material yang digunakan pada campuran beraspal dengan kepadatan membal (PRD) pada umumnya sama dengan material yang digunakan pada campuran beraspal dengan metode Asphalt Institute. Hanya saja, ada beberapa persyaratan yang ditambahkan pada spesifikasi material untuk campuran beraspal PRD, terutama persyaratan mengenai agregat, yaitu:

  a. penyerapan air oleh agregat maksimum sebesar 3% (sebelumnya penyerapan air oleh agregat maksimum 2%) b. berat jenis agregat kasar dan agregat halus tidak boleh berbeda lebih dari 0.2 (pada spesifikasi sebelumnya tidak disebutkan) c. persyaratan mengenai sifat angularitas. Untuk agregat kasar, angularitas didefinisikan sebagai persen terhadap berat agregat yang lebih besar dari 4.75 mm dengan muka bidang pecah lebih dari satu atau lebih. Sifat angularitas ini untuk membatasi jumlah agregat yang mempunyai bentuk bundar (rounded).

3. Persyaratan gradasi agregat yang digunakan

  Campuran beraspal dengan kepadatan membal (PRD) mempunya kurva gradasi agregat campuran yang berbeda dibandingkan dengan kurva gradasi pada metode Asphalt Institute, yang disebut kurva gradasi pangkat 0.45 (the 0.45-power gradation chart) atau kurva Fuller. Untuk dapat menggambarkan kurva gradasinya, lakukan tahap-tahap sebagai berikut.

  a. Sumbu vertikal (sumbu y) dari kurva gradasi merupakan persen lolos saringan, sedangkan sumbu horizontal (sumbu x) dari kurva gradasi merupakan skala aritmetik dari ukuran saringan (dalam mm), dipangkatkan 0.45. Sebagai contoh:

  0.45 Ukuran saringan 4.75 mm digambarkan pada sumbu x pada jarak (4.75) = 2.02

  mm dari titik (0,0);

  0.45 Ukuran saringan 0.075 mm digambarkan pada sumbu x pada jarak (0.075) = 0.31

  mm dari titik (0,0); dan seterusnya. (lihat Gambar 1)

  b. Salah satu fitur terpenting dari kurva gradasi campuran beraspal PRD adalah apa yang disebut dengan garis kepadatan maksimum (maximum density line). Garis kepadatan maksimum yaitu suatu garis yang menggambarkan suatu gradasi dimana butiran agregat berada pada kondisi yang paling padat. Garis kepadatan maksimum ini digambarkan sebagai garis lurus diagonal dimulai dari titik (0,0) sampai dengan titik yang menunjukkan ukuran agregat maksimum (lihat Gambar 1). Adapun definisi dari ukuran agregat maksimum adalah: ukuran agregat yang satu ukuran lebih besar dari ukuran agregat maksimum nominal. Sedangkan ukuran agregat maksimum nominal didefinisikan sebagai ukuran agregat yang satu ukuran lebih besar dari ukuran saringan pertama yang mempunyai agregat tertahan  10%.

  c. Titik-titik kendali (control points), yang berfungsi sebagai pembatas dari rentang dimana yang harus dilalui oleh gradasi agregat. Titik-titik kendali tersebut terdapat pada beberapa titik, yaitu pada ukuran agregat maksimum nominal, pada ukuran tengah (2.36 mm) dan pada ukuran terkecil (0.075 mm) (lihat Gambar 1).

  d. Daerah larangan (restricted zone). Daerah larangan ini terletak sepanjang garis kepadatan maksimum di antara ukuran tengah (baik 4.75 mm atau 2.36 mm) dan ukuran saringan 0.3 mm (lihat Gambar 1). Daerah larangan membentuk suatu daerah dimana disarankan gradasi agregat campuran yang dipunyai tidak boleh melewati daerah ini. Gradasi agregat yang melalui daerah ini dari arah bawah sering disebut sebagai “humped gradation”. Umumnya “humped gradation” ini diindikasikan sebagai campuran agregat yang terlalu banyak mengandung pasir atau campuran yang mengandung terlalu banyak agregat halus. Persentase pasir dalam campuran beraspal PRD disarankan maksimum 15%. Jenis gradasi seperti ini mempunyai kecenderungan untuk sulit dipadatkan dan kurang tahan terhadap deformasi plastis. Daerah larangan ini akan mencegah gradasi agregat untuk mengikuti garis kepadatan maksimum pada ukuran saringan yang halus (0.3 mm sampai dengan 2.36 mm atau 4.75 mm). Gradasi agregat yang mengikuti garis kepadatan maksimum akan cenderung mempunyai nilai VMA yang kecil, yang akan mengarah pada berkurangnya ruang udara yang cukup untuk diisi oleh aspal.

  Gambar 1 Kurva gradasi campuran beraspal PRD (Asphalt Institute, 2001) Adapun spesifikasi kurva gradasi campuran beraspal PRD menurut Depkimpraswil (2002), adalah sebagai berikut.

  Tabel 1 Batasan gradasi campuran beraspal dengan kepadatan membal Ukuran saringan % berat yang lolos

  No. Saringan (mm) Wearing course Binder course Base 1.5”

  37.5 100

  1” 25 100 90 – 100 ¾ “ 19 100 90 – 100 Maks. 90

  ½” 12.5 90 – 100 Maks. 90 3/8”

  9.5 Maks. 90 No.8 2.36 28 – 58 23 – 39 19 – 45

  No. 16

  1.18 No. 30 0.600 No. 200 0.075 4 - 10 4 - 8 3 - 7 Tabel 1 Batasan gradasi campuran beraspal dengan kepadatan membal (lanjutan) Daerah larangan

  4.75 - - No. 4

  39.5 No. 8

  2.36

  39.1 34.6 26.8 – 30.8 No. 16 1.18 25.6 – 31.6 22.3 – 28.3 18.1 – 24.1 No. 30 0.600 19.1 – 23.1 16.7 – 20.7 13.6 – 17.6 No. 50 0.300

  15.5

  13.7

  11.4 Sumber: Depkimpraswil (2002) Contoh penggunaan kurva gradasi campuran beraspal PRD adalah seperti yang terlihat pada Gambar 2.

  s lo lo n se er P

  Gambar 2 Ilustrasi penggunaan kurva gradasi campuran beraspal PRD Pada Gambar 2 terlihat bahwa gradasi agregat harus melewati sepenuhnya di atas atau di bawah daerah larangan (restricted zone).

4. Prosedur perancangan campuran beraspal dengan kepadatan membal (PRD)

  Ukuran saringan (mm)

  

4.1 Prosedur perancangan campuran beraspal dengan kepadatan membal (PRD)

sebagai prosedur dengan pendekatan empirik-mekanistik

  Prosedur pengujian Marshall yang dikembangkan di Amerika Serikat pada dasarnya merupakan metode empirik, dimana validitas berlakunya metode tersebut sedikit banyak terbatas pada kondisi dimana metode tersebut dikembangkan. Batasan nilai pengujian seperti stabilitas dan kelelahan ditetapkan bedasarkan pengamatan kinerja di lapangan. Ekstrapolasi penggunaan metode Marshall pada kondisi dan bahan yang berbeda dengan kondisi dan bahan dimana metode empiris tersebut dikembangkan, dapat menimbulkan kerancuan dalam menganalisis suatu rencana campuran. Oleh karena itu, untuk meminimumkan hal tersebut, penelitian penggunaan material lokal dan pengaruh yang ditimbulkannya terhadap metode empirik tersebut merupakan suatu keharusan sebelum metode empirik tersebut dapat digunakan. Selanjutnya, dihasilkanlah spesifikasi material dan spesifikasi campuran beraspal yang bersifat khas dari masing-masing wilayah. Meskipun telah dilakukan penyesuaian terhadap metode empirik dengan melibatkan kandungan lokal, namun demikian, karena pada umumnya metode empirik yang digunakan tidak memberikan formula dasar pada saat awal pengembangan metode tersebut, maka biasanya proses penyesuaian tersebut tidak benar-benar dapat mengubah secara total metode empirik tersebut sehingga sesuai dengan kondisi lokal dari suatu wilayah.

  Hal ini memberikan dasar dari pengembangan metode perancangan campuran beraspal yang berorientasi pada kinerja yang didasarkan pada pendekatan mekanistik. Karakteristik campuran beraspal berdasarkan pada kinerja (performance-based

  

properties) adalah karakteristik campuran yang berhubungan dengan response perkerasan

terhadap beban.

  Salah satu kendala utama bagi negara yang sedang berkembang, seperti Indonesia, untuk menetapkan prosedur berbasis prinsip mekanistik adalah mahalnya harga peralatan dan penyiapan sumber daya manusia yang diperlukan untuk menjalankan sistem tersebut. Hal penting lain adalah, walaupun prosedur Marshall mempunyai sejumlah kelemahan, tetapi prosedur ini praktis dan tersedia dimana-mana, sehingga secara de facto telah menjadi standar dalam teknologi campuran beraspal di Indonesia. Atas dasar itu, maka prosedur Marshall tetap dipertahankan untuk keperluan perumusan design mix formula (DMF) dari spesifikasi baru campuran beraspal, namun kriteria yang digunakan terutama didasarkan kepada kinerja campuran yang disempurnakan dari pengalaman lokal Indonesia. Oleh karena itu, pendekatan ini biasanya disebut dengan pendekatan empirik-mekanistik.

4.2 Konsep utama dari spesifikasi yang disempurnakan

  Penyempurnaan spesifikasi campuran beraspal dilakukan, terutama diarahkan untuk mengantisipasi kerusakan perkerasan jalan berupa deformasi plastis, namun demikian, upaya tersebut dilakukan dengan tidak mengorbankan keawetan dan ketahanan campuran terhadap fatigue (yang menyebabkan timbulnya retak).

  Untuk mencegah terjadinya retak fatigue dini, maka campuran harus direncanakan sedemikian rupa sehingga menjadi lebih awet. Salah satu caranya adalah dengan mengevaluasi tebal film aspal (aspal yang menyelimuti agregat). Kadar aspal dan tebal film aspal, secara volumetrik, dapat dinyatakan oleh parameter volume pori antara agregat yang terisi aspal, atau VFA (voids filled with asphalt). Oleh karena itu, parameter

  VFA merupakan parameter penting dan mulai disertakan di dalam spesifikasi campuran beraspal dengan kepadatan membal (PRD). Sebagai informasi, campuran beraspal dengan VFA yang tinggi, akan mempunyai keawetan yang tinggi pula. Sedangkan kerusakan deformasi plastis umumnya terjadi pada perkerasan jalan dengan kadar aspal yang tinggi dan rendahnya rongga udara (VIM) pada desain campuran beraspal, serta dipengaruhi oleh beban lalu lintas yang berat. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa campuran beraspal yang mempunyai VIM kurang dari 3% dan lebih besar dari 6% mempunyai kecenderungan yang lebih besar untuk mengalami deformasi plastik. Oleh karena itu, di dalam spesifikasi yang disempurnakan, didesain agar campuran beraspal mempunyai kepadatan yang maksimal, namun masih mempunyai nilai rongga udara (VIM) yang berada dalam selang 3% - 6%.

  

4.3 Pembuatan dan pengujian campuran beraspal dengan kepadatan membal

(PRD)

  Pembuatan campuran beraspal dengan kepadatan membal pada umumnya tetap dilakukan dengan mengikuti prosedur Marshall. Sama dengan metode Asphalt Institute, tahap awal dari pembuatan campuran beraspal adalah penentuan kadar aspal tengah/ideal, dimana persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut.

  P = 0.035 a + 0.045 b + 0.18 c + konstanta

  (1)

  b

  Dimana:

  P = kadar aspal tengah b a = persen agregat kasar b = persen agregat halus c = persen filler

  Nilai konstanta adalah sekitar 0.5 – 1.0 untuk jenis campuran aspal beton. Setelah diperoleh nilai kadar aspal tengah, bulatkan nilainya ke 0.5% terdekat. Untuk tahap pertama, buat enam variasi kadar aspal dengan jumlah benda uji 3 buah untuk masing-masing variasi kadar aspal. Keenam variasi kadar aspal itu adalah (P – b 1.0%), (P – 0.5%), P , (P + 0.5%), (P + 1.0%) dan (P + 1.5%).

  b b b b b

  Berdasarkan variasi kadar aspal di atas, 18 buah benda uji dibuat menurut prosedur Marshall. Kedelapan belas benda uji dipadatkan dengan alat pemadat Marshall dengan jumlah tumbukan 75 kali per muka (total 150 kali). Kemudian, ukur berat benda uji di udara, di dalam air dan berat dalam kondisi kering permukaan (untuk menghitung berat jenis bulk campuran (G ). Setelah itu, lakukan pengujian dengan menggunakan alat

  mb

  tekan Marshall untuk memperoleh data stabilitas dan kelelehan. Selain itu, analisis volumetrik juga dilakukan untuk mendapatkan nilai VMA, VIM dan VFA. Nilai parameter Marshall di atas harus memenuhi spesifikasi campuran beraspal (Depkimpraswil, 2002) seperti yang terlihat pada Tabel 2. Tabel 2 Spesifikasi campuran beraspal (untuk lapisan permukaan aspal beton) Sifat Campuran Batas Min. Batas Max. Penyerapan aspal (%) -

  1.2 LL  1 juta ESA

• LL < 1 juta ESA

  1.7 VMA (%)

  15 VFA (%) 65 -

  LL  1 juta ESA

  68 - 0.5 juta < LL < 1 juta ESA

  75 - LL < 0.5 juta ESA 800 - Stabilitas (kg)

  2 - Kelelehan (mm) Sumber: Depkimpraswil (2002) Walaupun nilai VIM pada pembuatan benda uji tahap pertama ini tetap dihitung, namun besarannya tidak termasuk dalam persyaratan. Dari grafik VIM vs kadar aspal, cari kadar aspal yang memenuhi VIM = 6%. Dari nilai kadar aspal ini, misalkan = a%, buat empat variasi kadar aspal, yaitu (a% - 1.0%), (a%-0.5%), a% dan (a% + 0.5%), masing-masing untuk tiga benda uji. Padatkan kedua belas benda uji baru tersebut dengan jumlah tumbukan 400 kali per muka (total 800 tumbukan) apabila benda uji tersebut dipadatkan dengan menggunakan alat pemadat Marshall atau dengan alat pemadat gyratory yang menghasilkan pemadatan berputar dengan daya tekan 600 kPa pada benda uji. Jumlah putaran yang diperlukan untuk memadatkan benda uji adalah sekitar 100 – 125 putaran (untuk beban lalu lintas berat dan setara dengan pemadatan Marshall 2 x 400 kali).

  Setelah dilakukan pemadatan tahap kedua, uji kembali parameter Marshall (stabilitas, kelelehan, VMA, VIM, VFA dan MQ). Gunakan kembali spesifikasi campuran yang terdapat pada Tabel 2, kecuali nilai VIM yang harus memenuhi persyaratan berikut ini.

  a. Untuk LL > 1 juta ESA, VIM min. 2.5%

  b. Untuk 0.5 juta ESA < LL < 1 juta ESA, VIM min. 2% c. Untuk LL < 0.5 juta ESA, VIM min. 1%. Batas VIM minimum di atas adalah dimaksudkan untuk mencegah deformasi plastis. Dan akhirnya, dilakukan penentuan kadar aspal optimum (KAO), dengan prosedur sama dengan prosedur penentuan KAO pada metode Asphalt Institute. Berdasarkan pada uraian di atas, dapat disimpulkan beberapa perubahan mendasar pada spesifikasi dan prosedur perancangan campuran beraspal PRD dibandingkan dengan spesifikasi dan prosedur perancangan campuran sebelumnya, yaitu:

  a. Diperkenalkannya prosedur pemadatan membal (PRD), yaitu pemadatan hingga campuran tidak dapat memadat lebih lanjut b. Batasan rongga udara dalam campuran ditetapkan berdasarkan pemadatan PRD

  c. Disyaratkan batas minimum VMA yang tinggi (biasanya VMA ditentukan berdasarkan ukuran nominal agregat) d. Disyaratkannya VFA dalam spesifikasi disamping VMA dan VIM (biasanya VFA juga dihitung, tetapi tidak digunakan untuk menentukan kadar aspal optimum) e. Pembuatan benda uji disyaratkan dengan dua kali 75 tumbukan (pada tahap pertama), tidak tergantung pada volume lalu lintas f. Gradasi agregat dalam campuran hanya dibatasi oleh beberapa titik kendali.

  Daftar Referensi

  Asphalt Institute (2001), Superpave Mix Design (Superpave Series No. 2) Bagus Priyatno (2001), Metode Perencanaan Campuran Beraspal Panas dengan

  Pendekatan Kepadatan Mutlak (PRD) berdasarkan Spesifikasi yang Disempurnakan Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah (2002), Spesifikasi Campuran Beraspal Panas.