PERPETUAL PAVEMENT
Purnomo Pensiunan Mandor Jalan
Perspective Kenapa Jalan di Indonesia Umurnya Pendek (kurang dari ½ Umur Rencana ????????
Perspective Design Perkerasan • 1960 – Completion of Road Test Experiment • 19610-62 AASHTO Interim Guide for the Design of Rigid and Flexible pavements • 17972 AASHTO Interim Guide for the Design of Pavements • 1981 Revised Overlay Design Procedures • 1998 Suplement to Concrete Design Procedures • 2008 Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide
GAMBARAN BESAR TENTANG PERKERASAN
GAMBARAN BEBAN YANG BEKERJA
Gambaran Prediksi dan Pengamatan Performance
Observed Performance
Traffic
MATERIAL
KARAKTERISTIK MATERIAL SESUAI AASHTO INDONESIA Jenis material
Koef Layers
HRS-WC
0,28
HRS - BC
0,28
AC- WC
0,28
AC- BC
0,28
AC Base atau C-BC
0.28
BOROS DAN PERSEPSI YANG KELIRU
AASHTO
Mindset Pemilihan Parameter MDP 2013 Tidak kreatif dan Cenderung Menyerah
PERBANDINGAN PARA METER DESAIN
HRS-WC
Amerika Koef Relatif Tebal (a) (CM) 0,40-0,44 3
Indonesia Koef Tebal Relatif (a) (CM) 0,28 4,5
HRS-BC 0,40-0,44 4 0,28 6,0 AC-WC 0,40-0,44 5 0,28 7,5 0,28 AC-BC 0,40-0,44 7 10,5 0,28 AC Base atau AC BC 0,40-0,44 8 12 (Sebagai Base) Bahan Bersemen (CTB) Pertimbangan temperatur panas di Indonesia lebih panas dibanding dengan Amerika dan kemampuan kontraktor rendah
AFRIKA SELATAN
IRAK
CALTRAN
TEXAS
ARAB SAUDI
Material aspal adalah Visco – Elastis (sangat dipengaruhi oleh Temperatur, Pembebanan dan lamanya pembeban
Climate
Keuntungan Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide
Pertimbangan untuk kearah MechanisticEmpirical Pavement Design Guide
LCCA
Performance-Related Specifications (PRS)
Integration Pavement Design
Material Selection
Communication Pavement Management
Construction
Sejarah Perpetual Pavement •
•
•
Konsep desain PP muncul di Amerika Serikat pada tahun 2000, yang dipicu oleh beberapa kondisi lapangan yaitu ditemukannya ruas-ruas jalan yang berumur lebih dari 40 tahun tidak mengalami kerusakan secara struktural. Dengan demikian desain PP didefinikan sebagai jalan yang dapat berumur 40 tahun atau lebih. Ke depan dengan berkembangnya teknologi pengaspalan atau pavement mungkin angka 40 tahun akan berubah menjadi 50 tahun atau bahkan seumur hidup (long lasting). Penemuan aspal yang awet ini bertentangan dengan teori dasar pavement lama, yang menyatakan bahwa setiap pembebanan berulang akan mengakumulasi kerusakan, yang akhirnya pada jumlah repetisi tertentu akan mengakibatkan struktur jalan tersebut runtuh atau kolaps. Berdasarkan prinsip ini, maka jalan selalu didesain untuk jumlah repetisi (ESAL) tertentu, misalnya 30 juta ESAL. Artinya jalan tersebut diasumsikan akan runtuh setelah menanggung 30 juta lintasan kumulatif standar beban gandar (axle load), sehingga diperlukan tindakan perbaikan rekonstruksi. Konsep pemikiran tersebut kemudian dikenal sebagai “ design to break”. Sebagai anti thesisnya kemudian berkembang metode “design not to break” yang kemudian dimatangkan pada tahun 2010, menjadi Perpetual Pavement Design Methode. Untuk memunculkan ide atau metode itu diperlukan waktu 10 tahun (2000 -2010) sejak ditemukan jalan berumur panjang.
Beberapa Terminologi Baru • PP : Perpetual Pavement design, sebuah metode baru perencanaan jalan yang mempunyai usia struktur 40 tahun atau lebih. Hanya diperlukan pemeliharaan fungsional ( Preservasi yg tepat waktu, tepat teknologi dan tepat biaya) agar jalan berusia 40 tahun atau lebih • Long life dan Long Lasting Pavement adalah sinonimdari PP • RBL – Rich Bottom Layer, (Lapis base yang kaya aspal) adalah istilah untuk menggambarkan lapis base pada desaian PP. • RRL – Rutt Resistance Layer adalah Intermediate layer, yang akan menjadi struktur utama jalan. Bagian ini harus mempunyai modulus dan rutt resistance yang tinggi. • Renewable HMA Surface – adalah padanan wearing course dalam PP. Penekanan Reneable diberikan untuk mengingatkan bahwa pada PP, hanya lapis ini yang perlu diperbaiki selama umur desain. • MDD – Multi Depath Deflectometer – semacam FWD dengan kemampuan yang lebih tinggi.
Perpetual Pavement (Fleksibel)
}
40-75 mm SMA, OGFC or Superpave
100 mm to 150 mm
Zone Of High Compression
Max Tensile Strain
High Modulus Rut Resistant Material (Varies As Needed)
Flexible Fatigue Resistant Material 75 - 100 mm
Pavement Foundation
KONSEP PERPETUAL PAVEMENT Desain PP didefinikan sebagai jalan yang dapat berumur 40 tahun atau lebih. Ke depan dengan berkembangnya teknologi pengaspalan atau pavement mungkin angka 40 tahun akan berubah menjadi 50 tahun atau bahkan seumur hidup (long lasting).
KONSEP PERPETUAL PAVEMENT
Bila Endurance Fatigue Limit suatu campuran aspal panas tidak terlampui maka perkerasan tersebut didak akan terjadi kerusakan .
Teori Fatique Endurance Limit(FEL) • Study Monismith tersebut kemudian dilanjutkan oleh Capenter (*4) dan baru-baru ini diteruskan oleh NCAT (National Center for Asphalt Technology-USA) dengan pemvariasikan berbagai grading dan jenis binder.
Tipikal PP Structure menurut Desain : 2001 • Perencanaan tebal perkerasan menurut Texas PP 2001 untuk 18 Kips Standar Axel dan Esal lebih dari 30 juta adalah sbb : – 22 inchi ( 55 Cm) layer aspal hot mix – 8 inchi (20 Cm) lime or cement treated base – Well Compacted in situ subgrade.
Redesain • Pada 2005, dilakukan R/D lanjutan untuk melakukan validasi perbaikan dari desain 2001 tersebut, antara lain dgn : Construction monitoring and compaction quality measurement Extensive laboraory testing and material property characterization Trafic and response measurement for structural evaluations Field testing and pereodic performance evaluation Comparative mix-design evaluation Computational modeling and sofware evaluation.
Evaluasi thd PP 2001 • Hasil evaluasi struktur dengan MDD – Multi Depth Defektometer, menunjukkan bahwa desain 2001 masih terlalu konservatif, sehingga bisa direduksi. • Dengan perbaikan kualitas campuran, tebal 22 inhci (55 Cm) dapat direduksi menjadi 14 inchi ( 35 Cm). • Tebal tersebut mampu bertahan untuk 75 juta ESAL beban standar 18 Kip • Dengan desai tersebut kriteria tensile strain 75 microstrain dan compresive strain 200 microstrain dapat dipenuhi. • Maintenace rutin pada lapis aur diperkirakan 20 tahun sekali.
Texas P 2001 & PP 2006 Desain 2001
Desain 2006
The Future Texas PP Design
Texas PP Layer Composition
( Summary.....) Layer
Contruction Consideration
A
Renewable layer ini didesain untuk dapat bertahan 8-14 tahun. Lapis SMA memenuhi kriteria ini. Lapis Porous bila ada requirement khusus. Binder PG: 76 atau lebih tinggi
B
Lapis SAMI ( Stress Absorbance membrane Interlayer) direkomendasikan untuk lalu lintas berat. Dapat secara signigficant menaikkan fleksibilitas.
C
RRL – Rutt resistant (Intermediate) Layer, mungkin lebih dari satu lapis. Lapis bagian atas ( 6 inci dari permukaan) harus aspal berkualitas tinggi Min PG 76 dengan gradasi dense. Lapis bawah bisa menggunakan gradasi tipe B (3/4 “) dengan binder yang lebih rendah (kalau diperlukan)
D
RBL – Rich Bottom Layer – harus tahan fatique dan tahan stripping, dengan air void 2-3 %. Makin tipis total lapisan, RBL harus lebih kuat.
E
Prepared Fondation, ada 3 Opsi : APTB : aspal Permeable treated Base, dg aspal 2-3 %. Cement Treated base ( Cement < 3 %0 dan Lime treated base ( Lime > 8%
F
Tanah dasar yang dipadatkan dengan tebal minimum 6 inchi.
Design Software & Structural Analysis • FPS 21 W – adalah software yang direkomendasikan untuk mennghitung tebal perkerasan untu PP. • MEPG bisa digunakan verifikasi dan analisa performance. – FPS 21W – untuk desain tebal, M-E response analysis dan mengecek Strain level – MEPDG – untuk verifikasi desain and analisa distress.
Software FPS 21 W • Digunakan untuk : Tebal Struktur perkerasan Desain Overlay Stress-Strain Response Analysis Pavement Life Prediction ( Rutting & Fatique) Program ini adalah penyempurnaan dari FPS 19 W yg memungkinkan input multiple layer sesuai dengan tuntutan PP
The MEPDG Software • MEPDG adalah M-E based analitycal sofware for structural design analysis and performance prediction, within given service period. • Berbeda dengan FPS, program ini tidak bisa langsung menghasilkan tebal perkerasan. Tetapi dengan trial & Eror, untuk kemudian dipilih kombinasi desain yang memenuhi kriteria desain yang telah ditetapkan seelumnya. • Performance Prediction meliputi : deformation, rutting, cracking (bottom up and top-down) thermal fracture and IRI • MEPDG – dua aspek penting : – Pavement response properties dan – Major Distress/transfer functions , sbb. :
MEPDG Software... • Pavement response properties are required to predict states of stress, strain and deformation. Properties yang diperlukan adalah Elastis Modulus dan Poisson’s Ratio • The major MEPDG – distress tranfer function adalah : fatique fracture, permanen deformation, rutting and thermal cracking. • Hasil verifikasi dengan MEPDG terhadap FPS desian perlu dikalibari dengan angka-angka pada Tabel Berikut.
Recomended MEPDG Calibration to FPS.
PP Layer Thickness Recomendation.
PP Layer Thickness.... • Dari tabel di atas terlihat bahwa tebal minimum perkerasan adalah 12 Inchi ( 30 Cm) dan 6 inchi (15 Cm) base. • Tetapi seperti telah didiskusikan sebelumnya, tebal optimum HMA adalah 14 inci ( 35 Cm).
Mix Desain, Base, Subgrade and Material Properties • Base & Subgrade : test lapangan terhadap PP (FWD) desain cukup memuaskan, dengan moduli : 30 dan 15 Ksi ( 207 dan 103,5 Mpa) – Lime Treated base harus memenuhi test (tex-121-E) dengan tebal minimum 6 inchi (15 Cm) – Cement treated base harus mempunyai unconfined strenght sekitar 220 psi. Tebal minimum 6 inchi (15 Cm). Retained Strenght : 80%.
Layer Design Moduli Values
Beberapa Key Points • Tebal Optimal untuk perkerasan aspal dengan beban standar 18 kips adalah 14 inchi (35 Cm) atau kurang dari itu • Software FPS -21 W sebaiknya digunakan untuk menghitung tebal dan untuk mengecek strain. MMEPDG dapat digunakan untuk validasi desain. • Untuk RRL sebaiknya dipakai dense graded- high modulus mix, dengan tebal minimum 8 Inchi ( 20 Cm). Minimum modulus 800 ksi (5520 Mpa) • SAMI sangat direkomendasikan di atas RRL • Base harus minimum 6 inchi dengan minimum strenght 35 Ksi. Cement treated base dengan cement maksimum 3%. Sedangkan untuk lime treatment kadar lime, harus minimum 6%. Lime harus diaplikasikan dalam bentuk slury. • Tebal minimum RBL : 2 inchi (5 Cm0) • Untuk mempermudah pemdatan RRL, tebal perkerasan sebaiknya 3-4 kali NMAS.
Pavement UNDERDRAIN System Purdue Univercity
Pavement UNDERDRAIN System Purdue Univercity 1. Perkerasan kaku (beton) 2. Open graded drainable base (bisa dari Asphalt Open graded drainable base, bisa Concrete open graded drainable base). Australia memilih Lean concrete open graded drainable base) 3. Separator layer (dense graded) yang bisa di stabilisasi dengan 4% semen. 4. Prepared subgrade soil 5. Natural subgrade soil
11th International Conference on Concrete Pavements (ICCP) August 28-September 1, 2016 | San Antonio, Texas, USA
SUMBER AIR YANG MEMPERLEMAH SUBGRADE/SUMBER KERUSAKAN JALAN Through permeable surface
From edge
Capillary action
Vapor movements
Seepage from high ground Rising water table
Water table
HASIL FGD Hasil Focus Discusion Group Dengan Prof Tomy Nantung dari Purdue University (USA) dan Dr Jorge B. Sousa (Chairman Pavement Rubber Asosiation, Roma), Dr Ralph shirts dari Asphalt Intitute dan 7 Guru besar dan 13 Doctor Ahli perkerasan dari 8 perguruan tinggi.
Kerusakan lebih banyak disebabkan tidak berfungsinya drainase layer sehingga memperlemah subgrade
Hasil Percobaan AASHTO untuk Perkerasan di daerah dengan curah hujan tinggi Hasil Focus Discusion Group Dengan Prof Tomy Nantung dari Purdue University (USA) dan Dr Jorge B. Sousa (Chairman Pavement Rubber Asosiation, Roma), Dr Ralph shirts dari Asphalt Intitute dan 7 Guru besar dan 13 Doctor Ahli perkerasan dari 8 perguruan tinggi.
Sudah berumur 30 tahun lebih masih baik
Tipe Perkerasan yang diusulkan dari FGD SMA Asphalt Concrete-Binder
RIGID PAVEMENT
Aphalt Concrete - Base RBL (Rich Buttom Layer)
Drainase Layer
Drainge Layer
Cement Treated Base
Cement Treated Base
Stabilisasi tanah semen 4%
Stabilisasi tanah semen 4% Subgrade dengan tingkat kepadatan 100%
Subgrade dengan tingkat kepadatan 100%
Tipe Perkerasan yang diusulkan dari FGD Chip seal
Cement Treated Base
SAMI (Stress Absorbing Membrane Interlayer)
Stabilisasi tanah semen Subgrade dengan tingkat kepadatan 100% Chip seal
Stabilisasi material lokal/tanah dgn semen Subgrade dengan tingkat kepadatan 100%
SAMI (Stress Absorbing Membrane Interlayer)
Tipe Perkerasan yang diusulkan dari FGD Pemeliharaan Berkala
Slurry Seal Chip seal Cement Treated Base
SAMI (Stress Absorbing Membrane Interlayer)
Stabilisasi tanah semen Subgrade dengan tingkat kepadatan 100% Slurry Seal
Pemeliharaan Berkala
Chip seal Stabilisasi material lokal/tanah dgn semen Subgrade dengan tingkat kepadatan 100%
SAMI (Stress Absorbing Membrane Interlayer)
Tipe Perkerasan yang diusulkan dari FGD AC WC/SMA AC BINDER/BASE Asphalt Drainage layer Chip seal Cement Treated Base Stabilisasi tanah semen Subgrade dengan tingkat kepadatan 100%
Overlay Baru (Peningkatan) SAMI (Stress Absorbing Membrane Interlayer)
Material drainase layer yang diusulkan
Perlu dimasukan dalam spesifikasi
Gradasi Material drainase Layer yang diusulkan
Material drainase layer yang diusulkan Ukuran Saringan 1” ¾” 3/8” No.4 No.8
Presentase lolos 100 90-100 30-50 0-5 0-2
Asphalt Treated Base (ATB – Open Graded) dengan kadar aspal 2%, dapat mendapatkkan coefisien permeability 8.000 ft /day
Ukuran Saringan 1.5” 1” 0.5” No.4 No.8 No.16 No.50
Presentase lolos
Negara bagian New Jersey Department of Transportation merekomendasikan gradasi material drainage layer baik di bounding dengan ashlat atau non dibounding
100 95-100 60-80 40-55 5-25 0-8 0-5
Open graded drainable base (bisa dari Asphalt Open graded drainable base, bisa Concrete open graded drainable base). Australia memilih Lean concrete open graded drainable base).
