Perpustakaan Digital ITB

Seiring dengan berkembangnya penelitian pada bidang perkerasan jalan, analisis perkerasan saat ini sudah menggunakan pendekatan mekanistik empiris. Berbeda dengan pendekatan empiris yang mengandalkan observasi/pengamatan terhadap eksperimen secara langsung, pendekatan mekanistik empiris mengkombinasikan karakteristik mekanistik perkerasan dan hasil kinerja perkerasan berdasarkan hasil eksperimen. Pendekatan mekanistik empiris dinilai lebih baik dibandingkan pendekatan empiris, sehingga arah penelitian-penelitian pada perkerasan saat ini adalah pada pendekatan mekanistik empiris. Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (MEPDG) secara luas dianggap sebagai standar mutakhir dalam analisis dan desain perkerasan mekanis-empiris. Untuk dapat mengaplikasikan metode MEPDG pada perkerasan di Indonesia, dibutuhkan beberapa modifikasi dan kalibrasi. Akan tetapi, hingga saat ini belum ada pedoman atau penelitian-penelitian yang secara komprehensif mencoba mengadaptasi metode MEPDG untuk jenis dan karakteristik perkerasan di Indonesia. Dengan demikian, penelitian ini berupaya untuk mengadaptasi dan memodifikasi model mekanistik empiris oleh MEPDG untuk dapat diaplikasikan pada perkerasan lentur di Indonesia. Tujuan penelitian ini adalah melakukan modifikasi model fatigue dan model smoothness dengan pendekatan mekanistik empiris MEPDG, untuk dapat diterapkan sesuai dengan karakteristik perkerasan lentur di Indonesia. Untuk dapat mencapai hasil yang lengkap dan komprehensif penelitian ini, beberapa analisis yang dilakukan mencakup analisis model pengaruh variabel modulus dinamis untuk karakteristik perkerasan di Indonesia terhadap umur lelah/fatigue life, analisis dan adaptasi model fatigue dari MEPDG dengan mencari koefisien kalibrasi lokal yang sesuai dengan perkerasan lentur di Indonesia, dan analisis tambahan berupa model matematis untuk memprediksi fatigue dengan pendekatan teori dissipated energy. Jenis perkerasan lentur yang diteliti pada penelitian ini adalah campuran beraspal yang umum digunakan di Indonesia sebagaimana terdapat dalam Spesifikasi Umum Pekerjaan Konstruksi Jalan yaitu lapis aspal beton (asphalt concrete/AC), lapis tipis aspal beton (hot rolled sheet/HRS), dan stone matrix asphalt (SMA). Dengan penelitian ini, diharapkan perkerasan lentur di Indonesia dapat dianalisis dengan lebih akurat dan dapat didesain dengan lebih baik, sehingga desain perkerasan yang dihasilkan lebih optimal dan cost-effective. Berdasarkan analisis dan pengujian untuk penentuan kadar aspal optimum, diperoleh bahwa rentang kadar aspal optimum yang digunakan dalam penelitian ini adalah pada rentang 5,8% hingga 6,4% untuk jenis campuran AC, rentang 7,7% hingga 8,3% untuk jenis campuran HRS, dan rentang 6,7% hingga 7,3% untuk jenis campuran SMA. Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan, dimulai dari tahapan studi literatur, tahapan desain eksperimen, pengujian laboratorium, analisis dan diskusi, hingga pembentukan kesimpulan. Terdapat beberapa pengujian laboratorium yang dilakukan pada penelitian ini, pengujain laboratorium pada penelitian ini diawali dengan pengujian kadar aspal optimum (dengan Marshall) dan pengujian-pengujian dasar agregat, aspal, dan campuran (berat jenis, penyerapan, penetrasi, daktilitas, viskositas, titik lembek, titik nyala, gradasi, dan analisis volumetrik campuran beraspal). Pengujian lanjutan yang dilakukan adalah Pengujian modulus dinamis dilakukan dengan alat Asphalt Mixture Performance Tester (AMPT). Variabel pada karakteristik perkerasan yang divariasikan antara lain kadar aspal (berada pada rentang kadar aspal optimum), gradasi pada masing-masing jenis perkerasan (AC, HRS, SMA), suhu yang diaplikasikan pada pengujian adalah 20°C, 30°C, dan 35°C, dan frekuensi pengujian, dengan variasi 0,1 Hz, 1 Hz, dan 10 Hz. Setelah itu, dilakukan pengujian fatigue dengan menggunakan alat four-point loading. Variabel pada karakteristik perkerasan yang divariasikan antara lain kadar aspal, gradasi, regangan tarik (400 microstrain dan 700 microstrain), dan frekuensi (5 Hz dan 10 Hz). Pada analisis smoothness, digunakan data sekunder pengukuran IRI pada suatu jalan tol yang sudah beroperasi di Jakarta. Data yang dikumpulkan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa bagian data, yaitu: data retak (cracking), lubang (potholes), alur (rutting), dan data IRI (International Roughness Index). Berdasarkan hasil penelitian dan analisis, model fatigue MEPDG dapat diterapkan untuk campuran beraspal di Indonesia (AC, HRS, dan SMA) dengan menerapkan koefisien kalibrasi lokal. Setelah persamaan fatigue dikalibrasi lokal, model fatigue dapat memprediksi fatigue life campuran beraspal dengan akurat. Hasil modifikasi koefisien kalibrasi lokal untuk pengujian pada regangan 400 microstrain ?f1, = 0,02; ?f2, = 0,33; ?f3 = 0,06. Dengan modifikasi pada koefisien kalibrasi lokal, didapatkan bahwa formula prediksi umur lelah MEPDG sudah mendekati hasil yang diamati pada pengujian eksperimental, dengan nilai mean absolute percentage error (MAPE) 29%. Hasil modifikasi koefisien kalibrasi lokal untuk pengujian pada regangan 700 microstrain ?f1, = 0,02; ?f2, = 1,62; ?f3 = 1,46. Dengan modifikasi pada koefisien kalibrasi lokal, didapatkan bahwa formula prediksi umur lelah MEPDG sudah mendekati hasil yang diamati pada pengujian eksperimental, dengan MAPE 33%. Setelah dilakukan modifikasi pada koefisien, persamaan/model modulus analisis dinamis Witczak dapat digunakan untuk dan SMA) dengan akurat. Sebagai analisis tambahan, dilakukan analisis fatigue dengan dissipated energy approach yang dapat memberikan indikasi yang tepat terhadap proses terjadinya kerusakan/damage dari satu siklus ke siklus berikutnya. Dissipated Strain Energy (DSER) dan nilai Plateau Value (PV) dapat menjadi indikator yang baik (dengan r-squared 0,97) dalam menentukan fatigue life campuran beraspal. Ditambah lagi, konsep DSER dan PV tidak bergantung pada mode pembebanan, sehingga dapat digunakan baik untuk pengujian strain-controlled maupun stress-controlled.