Rancang Bangun Instrumentasi Uji Kualitas Beton Berdasarkan Spektrum Akustik Menggunakan Transformasi Fourier

iii

RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI UJI KUALITAS BETON BERDASARKAN SPEKTRUM AKUSTIK MENGGUNAKAN

TRANSFORMASI FOURIER

Oleh

Mujiono

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA SAINS Pada

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2015

RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI UJI KUALITAS BETON BERDASARKAN SPEKTRUM AKUSTIK MENGGUNAKAN

TRANSFORMASI FOURIER (Skripsi)

Oleh MUJIONO

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

i ABSTRAK

RANCANG BANGUN INTRUMENTASI UJI KUALITAS BETON BERDASARKAN SPEKTRUM AKUSTIK MENGGUNAKAN

TRANSFORMASI FOURIER

Oleh Mujiono

Telah direalisasikan intrumentasi uji kualitas beton berdasarkan spektrum akustik menggunakan transformasi fourier. Penelitian ini menggunakan mikrofone sebagai sensor pendeteksi suara beserta penguat sinyal. Pengambilan data dilakukan selama 28 hari dengan usia sampel 7, 14, 21, 26 dan 28 hari yang secara teori kualitas beton terbaik berada pada usia maksimal pengujian yaitu 28 hari. Proses pengambilan dan pemrosesan sinyal suara beton dilakukan dengan bantuan software Matlab 7.8. Penelitian menggunakan tiga macam sampel dengan perbandingan air semen yang berbeda-beda yaitu 0,78 untuk sampel A, 0,66 untuk sampel B dan 0,53 untuk sampel C. Berdasarkan teori modulus young, data yang dihasilkan sesuai teori yaitu pada usia sampel 26 dan 28 hari dengan frekuensi dominan sebesar 2043,52 Hz untuk sampel A, 2033,58 Hz untuk sampel B dan 1988,9 Hz untuk sampel C pada usia 26 hari. Sedangkan pada usia 28 hari diperoleh frekuensi dominan sebesar 1950,6 Hz untuk sampel A, 1949,7 Hz untuk sampel B dan untuk sampel C 1946,46 Hz. Data yang sesuai dengan teori modulus young ada pada usia pengujian 26 dan 28 hari.

ii ABSTRACT

DESIGN OF INSTRUMENTATION QUALITY TEST OF THE CONCRETE BY ACOUSTIC SPECTRUM USING FOURIER

TRANSFORMATION.

By Mujiono

It has been realized instrumentation of concrete quality testing by acoustic spectrum using fourier transformation. The research used a mocrophone as the voice-detection sensor with signal amplifier. Data were collected for 28 days with some age differences of the samples 7, 14, 21, 26 and 28 days that theoretically the best concrete quality at the maximum age of the test was 28 days. The concrete sound signal processing was done with the help of Matlab 7.8. The study used three kinds of samples with ratio of water cement varrying 0.78 for sample A, 0.66 for sample B and 0.53 for sample C. Based on the Young's modulus theory, data generated according to the theory that at the age of 26 samples and 28 days with dominant frequency 2043.52 Hz to sample A, 2033.58 Hz to sample B and 1988.9 Hz to sample C at the age of 26 days. Meanwhile, at the age of 28 days obtained dominant frequency 1950.6 Hz to sample A, 1949.7 Hz to sample B and 1946.46 Hz to sample C. Data in accordance with the theory of Young's modulus were at the age of 26 and 28 days of testing.

vii

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama lengkap Mujiono dilahirkan pada tanggal 15 November 1991 di Pardasuka Kecamatan Katibung Lampung Selatan, anak ketiga dari pasangan Bapak Slamet dan Ibu Sulasi. Penulis memulai perjalanan kampusnya pada tahun 2010 sebagai mahasiswa Fisika FMIPA Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN. Selama menjadi mahasiswa penulis aktif dalam bidang organisasi. Penulis pernah bergabung dibeberapa organisasi diantaranya Himpunan Mahasiswa Fisiaka (HIMAFI) pada Tahun 2011-2012 sebagai Sekretaris Umum dan pada tahun 2012-2013 menjadi ketua umum Himpunan Mahasiswa Fisiaka (HIMAFI), penulis juga pernah bergabung pada organisasi kemahasiswaan fakultas yaitu Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM) pada tahun 2013-12014 sebagai Wakil ketua 1.

Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Radar TV Lampung dengan judul “Sistem Pengolahan Sinyal Digital pada Powerwave PWQ-310 Di Stasiun Televisi Radar”. Penulis juga aktif sebagai asisten praktikum dalam berbagai mata kuliah Instrumentasi.

viii

Bismillahirohmanirrohim

Dengan Rasa Sukur kepada ALLAH SWT, Ku Persembahkan

Karya Ini kepada :

Kedua orang tua tercinta, Bapak Slamet dan Alm Ibu Sulasi

(Terima kasih atas semua

DO’A

dan pengorbanan yang telah

diberikan saya menyadari bahwa tak ada suatupun yang

dapat membahagiakan kedua orang tua kecuali melihat

anaknya menjadi anak yang berguna)

Bapak-Ibu guru serta bapak-Ibu dosen

Terimakasih atas segala ilmu pengetahuan yang telah

diberikan semoga menjadi bekal untuk keberhasilanku

Mbk Tati, Mbk lis dan adikku Alm Junaidi

Terimaksih atas segala semangat, dukungan dan

pengorbanan kalian.

Serta Almamater Tercita “UNIVERSITAS LAMPUNG”

ix

MOTTO

Sesungguhnya bersama kesukaran ada kemudahan. Karena itu bila kau

sudah selesai (mengerjakan yang lain) tetaplah bekerja keras (untuk

urusan yang lain). Dan berharaplah kepada Tuhanmu.

(Q.S Al Insyirah : 6-8)

Tidak ada keberhasilan tanpa perjuangan

Dan tidak ada perjuangan tanpa perngorbanan

x

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi ALLAH SWT karena atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “ Rancang Bangun Instrumentasi Uji Kualitas Beton Berdasarkan Spektrum Akustik menggunakan Transformasi Fourier ” yang merupakan syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada bidang Instrumentasi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

Skripsi ini merupakan karya bagi penulis yang dipersembahkan kepada almamater tercinta. Skripsi ini menjelaskan tentang akuisisi dan pengolahan sinyal akustik yang merambat pada medium beton. dalam skripsi ini dilakukan analisis spektrum sinyal akustik yang diperoleh dari hasil FFT yang kemudian dihasilkan frekuensi dominan dari sinyal.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangannya,oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menuju hasil yang lebih baik.

Bandar Lampung, 2015

xi

SANWACANA

Alhamdulillah, penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik berkat dorongan, bantuan dan motivasi dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Arif Surtono, M.Si., M.Eng. atas kesediaannya menjadi pembimbing I. 2. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si. atas kesediaannya menjadi pembimbing II. 3. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si,. M.T. atas kesediannya sebagai penguji. 4. Ibu Dr. Yanti Yulianti, M.Si. selaku ketua Jurusan Fisika.

5. Bapak Prof. Suharso, Ph.D. selaku Dekan FMIPA.

6. Ibu Suprihatin, M.Si selaku pembimbing akademik yang selalu memberikan saran dan masukan.

7. Kedua orang tua yang selalu memberi semangat, mendukung dan mendoakan. 8. Mbak tati, mbak lis, Alm Adikku Junaidi atas semua doa, dukungan serta

pengorbanan yang telah diberikan.

9. Para sahabat Juli, Dapot , Danu, Meta , Riza, Alvhy, Ulum, Siti, Fina, st, Akhfi, Andri, Dede, Adi dan seluruh angkatan 2010 yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.

10. Para kakak tingkat, kak yuant, jono, kak wawan, kak imam atas segala doa dan bantuannya.

10. Adik-adik tingkat gana, fathul, encep, dewi, yuni, jayanti dan semua yang telah membantu penulis dalam penelitian.

11. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu, yang telah membantu penulis selama menyelesaikan tugas akhir.

xii

Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada kita semua. Aamiin.

Bandar Lampung, Agustus 2015 Penulis

xv

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel

2.1. Kelas dan Mutu Beton ... 13

2.2 Komposisi Beton Mutu 7,4 Mpa (w/c = 0,87) ... 14

2.3 Komposisi Beton Mutu 9,8 Mpa (w/c = 0,78) ... 15

2.4 Komposisi Beton Mutu 12,2 Mpa (w/c = 0,72) ... 15

2.5 Komposisi Beton Mutu 14,4 Mpa (w/c = 0,66) ... 16

2.6 Komposisi Beton Mutu 24 Mpa (w/c = 0,53) ... 16

3.1. Sampel beton dan Komposisinya ... 45

3.2 Format Pengambilan Data Penelitian ... 51

4.1. Karakteristik Penguat Suara ... 55

4.2. Frekuensi Dominan Sampel A ... 74

4.3. Frekuensi Dominan Sampel B ... 76

4.4. Frekuensi Dominan Sampel C ... 77

4.5 Data Rata-Rata Frekuensi Dominan ... 79

xvi

DAFTAR GAMBAR

halaman Gambar

2.1. Ilustrasi Uji Tekan Beton ... 10

2.2. Alat Kompresing ... 17

2.3. Gelombang Longituginal ... 19

2.4. Pembagian Rentang Frekuensi Gelombang Akustik ... 19

2.5. Gelombang Longituginal ... 20

2.6. Gaya Ketika Gelombang Suara Merambat ... 21

2.7. Proses Perpindahan Elemen Ketika Gelombang Merambat ... 22

2.8. Kondensor ... 25

2.9. Kapasitor Plat Sejajar ... 25

2.10. Prinsip Kerja Mikrofon ... 27

2.11. Rangkaian Penguat Bias Pembagi Tegangan 2 Tingkat ... 28

2.12. Blog Diagram Sound Card ... 32

2.13. Rangkaian Low Pass Filter ... 38

2.14. Grafik Keluaran Low Pass Filter ... 38

2.15. Proses Smoothing data Savitzky Golay ... 39

3.1. Blok Diagram Alat ... 47

3.2. Sketsa Alat Uji Kualitas Beton ... 48

3.3. Rangkaian Penguat Mikrofon ... 49

xvii

4.1. Grafik Hubungan Frekuensi (Hz) dengan Penguatan (dB) ... 55

4.2. Penguat Suara ... 56

4.3. Tampilan Push Buttom pada GU ... 57

4.3. Data Hasil Rekaman... 59

4.5. Pengujian Program FFT . ... 63

4.6. Sinyal Rekaman Tanpa Inputan ... 65

4.7. Spektrum Hasil FFT ... 67

4.8. Pengujian Filter Savitzky Golay ... 68

4.9.Tampilan pengolahan Sinyal Suara Beton ... 70

4.10.Grafik Hubungan Frekuensi Dominan dengan Usia sampel A ... 74

4.11. Grafik Hubungan Frekuensi Dominan dengan Usia sampel B ... 76

4.12. Grafik Hubungan Frekuensi Dominan dengan Usia sampel C ... 78

xiii DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK... i

ABSTRACT ... ii

COVER DALAM ... iii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iv

HALAMAN PENGESAHAN ... v

PERN YATAAN ... vi

RIWAYAT HIDUP ... vii

HALAMAN PERSEMBAHAN ... viii

MOTTO ... ix

KATA PENGAN TAR ... x

SANWACANA ... xi

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR TABEL... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xv

I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ...1

B. Rumusan Masalah ...4

C. Batasan Masalah ...4

D. Tujuan Penelitian ...5

E. Manfaat Penelitian ...5

II. TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian Sebelumnya ...6

B. Perbedaan Penelitian dengan Penelitian Sebelumnya...7

C. TeoriDasar...7

1. Beton ...7

2. Uji Kuat Tekan Beton ...16

D. Gelombang Akustik...18

xiv

2. Hubungan Cepat Rambat Gelombang dengan Frekuensi ...22

E. Modulus Elastis Bahan...23

F. Tranduser Mikrofon ...24

G.Penguat Transistor Dua Tingkat...27

H.Akuisisi Data dengan Sound Card ...30

I. Transformasi Fourier ...32

1. Transformasi Fourier Diskrit (DFT) ...34

2. Fast Fourier Transform (FFT) ...35

J. Low Pass Filter ...37

K. Savitky Golay Filter ...39

L. Matrix Laboratory (MATLAB) ...41

III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian ...44

B. Alat dan Bahan...44

C. Prosedur Penelitian ...46

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Karakteristik Perangkat Keras...54

B. Pengolahan Sinyal Suara yang Merambat pada Medium Beton ...56

1. Perekaman Suara yang Merambat pada Medium Beton...57

2. Penyimpanan File ...60

3. Pemanggilan dan Pengolahan Data ...61

4. Perancangan GUI Matlab ...69

5. Data Hasil Penelitian ...73

6. Hasil Pengolahan dan Analisis Data ...79

V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan...83

B. Saran ...84

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Beton adalah suatu material yang terbentuk dari campuran semen, air, agregat kasar, agregat halus dan bahan tambahan lainnya. Campuran beton telah banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang pekerjaan kontruksi seperti gedung bertingkat, jembatan, jalan raya, dan lain-lain. seperti di ketahui, beton memiliki keunggulan diantaranya memiliki daya tahan terhadap suhu tinggi, memiliki daya tekan yang cukup baik, tahan terhadap pengkaratan karena kondisi lingkungan serta mudah dalam perawatannya. Beton memiliki beberapa jenis diantaranya adalah beton normal, beton bertulang, beton pratekan dan beton komposit (George, 1993).

Kekuatan beton dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya material penyusunnya, komposisi dari campuran, pengerjaan kontruksi dan perawatan. Beton kuat terhadap gaya tekan namun lemah terhadap gaya tarik. Perkembangan teknologi bahan dan konstruksi terus mengalami peningkatan, hal ini tidak terlepas dari tuntutan dan kebutuhan fasilitas infrastruktur yang semakin banyak dengan tingkat kualitas yang lebih baik. Fasilitas tersebut menuntut penggunaan bahan-bahan bangunan yang berkualitas tinggi, salah satunya adalah bahan beton. Untuk menghasilkan beton yang keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi

2

struktur yang diinginkan, dilakukan pengadukan adonan semen ketika di dalam cetakan. Kumpulan material tersebut terdiri dari agregat yang halus dan kasar. Semen dan air berinteraksi secara kimiawi untuk mengikat partikel-partikel agregat tersebut menjadi suatu massa padat (George, 1993).

Saat ini teknologi beton sudah banyak digunakan dalam pembangunan jalan raya, karena material beton mempunyai beberapa keunggulan teknis jika dibanding dengan material konstruksi lainnya. Selain bahan baku yang digunakan mudah diperoleh, beton juga memiliki kuat tekan dan stabilitas volume yang baik dan biaya perawatannya relatif lebih murah. Selain itu, material beton lebih tahan terhadap pengaruh lingkungan, tidak mudah terbakar, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi, sehingga banyak digunakan sebagai pelindung struktur baja terhadap pengaruh kebakaran pada bangunan gedung (Hidayat, 2009).

Melihat kebutuhan beton di masyarakat cukup tinggi, perlu diimbangi dengan standarisasi pengujian kualitas beton dalam pembangunan agar tidak terjadi kekeliruan dalam pemilihan beton. Di Indonesia, peraturan atau pedoman standar yang mengatur perencanaan dan pelaksanaan bangunan beton telah beberapa kali mengalami perubahan dan pembaharuan. Sejak peraturan beton bertulang Indonesia tahun 1955, kemudian PBI 1971, standar tata cara perhitungan struktur beton nomor SK SNI 03-2847-2002 dan diperbarui dengan SNI 2847:2013. Selain itu tata cara perhitungan harga satuan beton untuk kontruksi bangunan gedung dan perumahan diatur oleh SNI 7394-2008-HSP. Pembuatan standar tersebut tiada lain dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan untuk mengimbangi pesatnya laju perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya yang berhubungan

3

dengan beton atau beton bertulang. Tetapi standar yang dibuat terkadang tidak dihiraukan oleh beberapa pekerja dalam menjalankan aktifitas pembangunan sehingga dapat menyebabkan kualitas kontruksi beton tidak sesuai dengan kebutuhan sebenarnya. Kondisi seperti ini akan mengakibatkan bangunan cepat rusak karena tidak sesuai dengan standar pengerjaan yang sebenarnya.

Dewasa ini telah banyak ditemukan metode untuk menguji kualitas beton. Salah satunya adalah metode Spectral Analysis of Surface Wave (SASW), yang merupakan metode pengujian beton dengan memanfaatkan perambatan gelombang permukaan untuk menilai kecepatan gelombang (Atmaja dan Rosyidi, 2004). Kemudian tahun 2013, Mawardi melakukan sebuah penelitian dengan memanfaatkan gelombang permukaan untuk menguji kualitas beton menggunakan metode hammer test dan load test. Pada penelitian Mawardi hasil yang diperoleh hanya berupa kondisi fisik beton yang berupa cacat pada beberapa bagian setelah dilakukan pengujian tanpa melakukan proses komputasi. Selain itu penelitian untuk menguji kualitas beton juga pernah dilakukan oleh Eddy dkk pada tahun 2013 untuk mengetahui kualitas beton menggunakan metode Ultrasonic Pulse Velocity (UPV).

Pada penelitian ini akan dibuat sebuah sistem akuisisi data sinyal akustik melalui sound card sebagai sistem antarmuka ke komputer sinyal akustik yang direkam selanjutnya dianalisis spektrum frekuensinya menggunakan transformasi Fourier. Diduga bahwa beton dengan kualitas berbeda maka kecepatan rambat gelombang akustik juga berbeda sehingga frekuensi gelombang akustik berbeda pula.

4

B.Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut.

1. Bagaimana mendesain rangkaian penguat suara pada mikrofon sebagai sensor pendeteksi suara agar dapat merekam sinyal suara yang merambat pada beton. 2. Bagaimana membuat program untuk memproses hasil rekaman siyal akustik

dari beton sehingga dapat menghasilkan spektrum akustik menggunakan transformasi Fourier.

3. Bagaimana merancang instrumentasi uji kualitas beton berdasarkan spektrum akustik yang merambat pada beton.

C. Batasan Masalah

Batasan masalah penelitian ini adalah sebagai berikut.

1. Detektor sinyal akustik yang digunakan adalah mikrofon jenis kondensor dengan rangkaian penguat transistor.

2. Transistor yang digunakan pada rangkaian penguat mikrofone adalah transistor tipe 3904.

3. Sampel yang digunakan adalah beton berbentuk kubus dengan ukuran 15 cm x 15 cm x 15 cm yang dibuat sendiri dengan komposisi material yang telah ditentukan.

4. Sinyal yang akan dianalisis adalah sinyal akustik yang berasal dari beton yang dipukul menggunakan palu.

5. Proses pengambilan data dilakukan di tempat tertutup yang jauh dari kebisingan.

5

6. Proses akuisisi data menggunakan jalur sound card sebagai sistem antarmuka ke komputer.

D. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut.

1. Membuat rangkaian pengkondisi sinyal mikrofon agar dapat merekam dan menguatkan sinyal akustik yang berasal dari beton.

2. Membuat program untuk menganalisis spektrum frekuensi dari sinyal akustik beton menggunakan transformasi Fourier.

3. Membuat intrumentasi yang dapat menguji kualitas beton dengan metode analisis spektrum akustik yang merambat pada beton.

E.Manfaat penelitian

Manfaat penelitian ini adalah dihasilkan prototipe alat yang dapat digunakan sebagai pembanding uji kualitas beton.

6

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian Sebelumnya

Penelitian untuk mengetahui kualitas beton pada saat ini sudah banyak dilakukan. Beberapa penelitian yang telah dilakukan, seperti pada penelitian Mawardi (2003) yaitu pengujian struktur beton menggunakan metode hammer test dan load test. Dalam penelitian Mawardi, metode yang digunakan menghasilkan data visual yang berupa retakan dan cacat pada permukaan beton setelah pengujian. Penelitian yang sama juga pernah dilakukan Andriawan (2014) menggunakan metode hammer test dan test ultrasonik untuk menguji kuat tekan beton. Andriawan menggunakan sampel beton berbentuk kubus dengan luas 225 cm2 sebanyak 21 dengan perlakuan faktor air semen yang berbeda. Pengujian kuat tekan beton dilakukan pada sampel usia 14, 21 dan 28 hari. Fokus penelitian yang dilakukan adalah untuk mengetahui nilai tekan sampel beton pada setiap metode. Berdasarkan hasil penelitiannya, diperoleh nilai tekan beton rata-rata 255 kg/cm2 untuk metode hammer test dan 356,89 kg/cm2 menggunakan metode tes ultrasonik.

Hammer test merupakan salah satu metode pengujian beton yang tidak merusak fisik dari beton karena dalam pelaksanaanya, beton yang akan diuji hanya diberikan sebuah tumbukan oleh benda lain yang kemudian dari tumbukan tersebut akan diperoleh sebuah data langsung mengenai seberapa baik kualias

7

fisik dari sebuah beton. Sedangkan pada metode pembebanan (load test) pengujian kuat beton dilakukan secara langsung dengan cara memberikan beban kepada beton. Metode pengujian load test merupakan metode pengujian yang akan mengakibatkan kerusakan sebagian pada komponen-komponen dari sampel yang diuji. Tujuan pengujian dengan metode load test adalah untuk membuktikan bahwa tingkat keamanan suatu struktur atau bagian suatu struktur sudah memenuhi persyaratan peraturan bangunan yang ada dengan tujuan memberikan jaminan keselamatan umum.

B. Perbedaan Penelitian dengan Penelitian Sebelumnya

Pada penelitian ini dilakukan pengujian kualitas beton menggunakan transformasi fourier berdasarkan spektrum akustiknya. Perbedaan penelitian ini dengan penelitian sebelunya adalah jika pada penelitian sebelumnya menggunakan metode hummer test dan load test (Mawardi, 2004), kemudian menggunakan menggunakan test ultrasonik (Andriawan, 2014) untuk mengetahui kualitas beton, maka pada penelitian ini menggunakan perekaman suara dentuman beton yang kemudian dianalisis menggunakan transformasi fourier untuk mengetahui frekuensi bunyi yang merambat pada medium beton.

C. Teori Dasar 1. Beton

Beton merupakan fungsi dari bahan penyusunnya yang terdiri dari bahan semen hidrolik (portland cement), agregat kasar, agregat halus, air dan bahan tambahan

8

(admxture additive). Untuk mengetahui dan mempelajari prilaku elemen gabungan (bahan bahan penyusun beton) perlu adanya pengetahuan mengenai karakteristik untuk masing-masing komponen penyusun beton. Paramater-parameter yang paling mempengaruhi kekuatan beton adalah kualitas semen, proporsi semen terhadap campuran, kekuatan dan kebersihan agregat, interaksi atau adhesi antara pasta semen dengan agregat, pencampuran yang cukup dari bahan-bahan pembentuk beton, penempatan yang benar, penyelesaian dan pemadatan beton, perawatan beton dan kandungan klorida tidak lebih 0,15% (Mulyono,2004).

Pada umumnya beton terdiri atas ± 15 % semen, ± 8 % air, ± 3 % udara, selebihnya pasir dan kerikil. Campuran tersebut setelah mengeras mempunyai sifat yang berbeda-beda, tergantung pada cara pembuatannya, perbandingan campuran, cara pencampuran, cara mengangkut, cara mencetak, cara memadatkan, dan sebagainya akan mempengaruhi kualitas fisik beton (Sumekto dkk, 2001).

Nilai kuat tekan beton berbanding lurus dengan kuat tarinya. Setiap usaha perbaikan mutu kekuatan tekan hanya disertai oleh peningkatan yang kecil dari kuat tariknya. Menurut perkiraan kasar, nilai kuat tarik berkisar antara 9%-15% dari kuat tekannya. Nilai pastinya sulit diukur. Pendekatan hitungan biasanya dilakukan dengan menggunakan modulus of rapture, yaitu gaya tarik beton yang muncul pada saat pengujian tekan beton normal (normal concerete). Kecilnya kuat tarik beton ini merupakan salah satu kelemahan dari beton yang muncul pada saat pengujian beton normal (normal concrete) (SKBI.I.4.53 1989:4).

9

Beton memiliki berbagai keunggulan, selain bahan baku yang mudah didapatkan, beton memiliki volume dan daya tekan yang stabil sehingga dalam pembangunan gedung beton berfungsi sebagai pelindung struktur baja pada saat terjadinya kebakaran (Hidayat, 2009).

Beton didapat dari pencampuran bahan-bahan beragregat halus dan kasar yaitu pasir, batu, batu pecah, atau bahan semacam lainnya yang ditambahakan bahan perekat semen dan air sebagai bahan pembantu guna keperluan reaksi kimia selama proses pengerasan dan perawatan beton berlangsung. Agregat halus dan kasar disebut sebagai bahan susun kasar campuran yang merupakan komponen utama beton. Nilai kekuatan serta daya tahan (durability) beton merupakan fungsi dari banyak faktor, diantaranya ialah nilai banding campuran dan mutu bahan susun, metode pengecoran, pelaksanaan finising, temperatur, dan kondisi perawatan pengerasannya. Nilai kuat beton relatif tinggi dibandingkan dengan kuat tariknya, dan beton merupakan bahan bersifat getas. Niai kuat tariknya hanya berkisar 9%-15% saja dari kuat tekannya (Dipohusodo dan Istamawan 1994).

a. Kekuatan Beton

Kekuatan tekan merupakan salah satu kinerja utama beton. Kekuatan tekan adalah kemampuan beton untuk dapat menerima gaya persatuan luas (Mulyono, 2004). Nilai kekuatan beton diketahui dengan melakukan pengujian kuat tekan terhadap benda uji silinder ataupun kubus pada umur 28 hari yang dibebani dengan gaya tekan hingga mencapai beban maksimum. Beban maksimum didapat dari

10

pengujian dengan menggunakan alat compression testing machine. Gambar 2.1 merupakan gambaran pengujian tekan beton.

Gambar 2.1 Ilustrasi uji tekan beton

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi mutu dari kekuatan beton, yaitu : 1) Faktor air semen (FAS)

Faktor air semen (FAS) merupakan perbandingan antara jumlah air terhadap jumlah semen dalam suatu campuran beton. Fungsi FAS yaitu:

a) untuk memungkinkan reaksi kimia yang menyebabkan pengikatan dan berlangsungnya pengerasan.

b) memberikan kemudahan dalam pengerjaan beton (workability) Semakin tinggi nilai FAS, mengakibatkan penurunan mutu kekuatan beton. Namun nilai FAS yang semakin rendah tidak selalu berarti bahwa kekuatan beton semakin tinggi. rentang Fas kualitas beton yang baik minimum 0,4 dan maksimum 0,65 ( Mulyono, 2004).

11

2) Sifat agregat

Sifat-sifat agregat sangat berpengaruh pada mutu campuran beton. Adapun sifat-sifat agregat yang perlu diperhatikan seperti, serapan air, kadar agregat, berat jenis, gradasi agregat, modulus halus butir, kestabilan agregat, kekasaran dan kekerasan agregat.

3) Proporsi semen dan jenis semen

Perbandingan jumlah semen yang digunakan saat pembuatan mix design dan jenis semen yang digunakan berdasarkan peruntukkan beton yang akan dibuat. Penentuan jenis semen yang digunakan mengacu pada tempat dimana struktur bangunan yang menggunakan material beton tersebut dibuat, serta pada kebutuhan perencanaan apakah pada saat proses pengecoran membutuhkan kekuatan awal yang tinggi atau normal.

4) Bahan tambah

Bahan tambah (additive) ditambahkan pada saat pengadukan dilaksanakan. Bahan tambah (additive) lebih banyak digunakan untuk penyemenan (cementitious), jadi digunakan untuk perbaikan kinerja. Menurut standar ASTM C 494/C494M – 05a, jenis bahan tambah kimia dibedakan menjadi tujuh tipe, yaitu:

a) water reducing admixtures; b) retarding admixtures; c) accelerating admixtures;

d) water reducing and retarding admixtures; e) water reducing and accelerating admixtures; f) water reducing and high range admixtures;

12

g) water reducing, high range and retarding admixtures;

b. Adukan Beton

Menurut Dipohusodo dan Istamawan (1994), Beton yang berasal dari pengadukan

bahan-bahan penyusun agregat kasar dan agregat halus kemudian diikat dengan semen yang bereaksi dengan air sebagai bahan perekat, harus dicampur dan diaduk dengan benar dan merata agar dapat dicapai mutu beton yang baik. Pada umumnya pengadukan bahan beton dilakukan menggunakan mesin pengaduk kecuali jika hanya untuk mendapatkan beton mutu rendah pengadukan dapat dilakukan tanpa menggunakan mesin pengaduk. Kekentalan adukan beton harus diawasi dan dikendalikan dengan cara memeriksa kemerosotan (slump) pada setiap adukan beton baru.

Nilai slump digunakan sebagai petunjuk ketepatan jumlah pemakaian air dalam

hubungannya dengan faktor air semen yang ingin dicapai. Lamanya pengadukan tergantung pada kapasitas isi mesin pengaduk, jumlah adukan, jenis serta susunan butir bahan penyusun, dan slump beton, pada umumnya tidak kurang dari 1,50 menit dimulai semenjak pengadukan, dan hasil menunjukkan susunan dan warna merata. Sesuai dengan tingkat mutu beton akan dihasilkan:

a) keenceran dan kekentalan adukan yang mmungkinkan pengerjaan beton (penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah kedalam adukan tanpa menimbulkan kemungkinan terjadinya segregation atau pemisahan agregat;

b) ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosi, dan lain- lain);

13

c) Memenuhi uji kuat yang hendak dipakai.

c. Kelas dan Mutu Beton

Sampai saat ini beton masih menjadi pilihan utama dalam pembuatan struktur. Sifat-sifat dan karakteristik material penyusun beton akan mempengaruhi kinerja beton yang dibuat. Kinerja beton ini harus disesuaikan dengan kelas dan mutu beton yang dibuat, Sehingga dalam penggunaannya dapat disesuaikan dengan konstruksi yang akan dibangun untuk mendapatkan hasil yang memuaskan sesuai kebutuhan. Menurut PBI’ 71 beton dibagi dalam kelas dan mutu sebagai berikut:

Tabel 2.1 Kelas dan Mutu Beton

Kelas beton Mutu Beton Kekuatan tekan Minimum ( )

Tujuan Pemakaian Beton

I B0 50-100 Non-Struktural

II B1

K125 K175 K225 100 125 175 225 Rumah Tangga Perumahan Perumahan Perumahan dan Bendungan

III K>225 >225 Jembatan,Bangunan

Tinggi Sumber: (Gunawan, 2000).

Untuk kepentingan pengendalian mutu disamping pertimbangan ekonomis, beton dengan mutu Bo (beton dengan kuat tekan 50-80 MPa), perbandingan jumlah agregat (pasir, kerikil atau batu pecah) terhadap jumlah semen tidak boleh melampaui 8:1. Untuk beton dengan mutu B1 (beton dengan kuat tekan 100 MPa), dan K125 (beton dengan kuat tekan minimum 125 MPa), dapat memakai perbandingan campuran unsur bahan beton dalam takaran volume 1 pc : 2 Ps : 3 kr atau 3/2 ps : 5/2 kr (pc = semen portland, ps = pasir, kr = kerikil). Apabila

14

hendak menentukan perbandingan antar-fraksi bahan beton mutu K175 dan mutu lainnya yang lebih tinggi harus dilakukan percobaan campuran guna dapat menjamin tercapainya kekuatan karakteristik yang diinginkan dengan menggunakan bahan-bahan susunan yang ditentukan.

Peraturan tentang standar beton selalu berubah, setelah PBI tahun 1991 kemudian peraturan tentang standart beton untuk bangunan gedung diperbarui dengan keluarnya SNI.03.2847.2002 dan kembali diperbarui dengan peraturan SNI.7394.2008. Dalam SNI.7394.2008 peraturan perencanaan pembuatan beton sudah ditetapkan untuk beberapa mutu beton seperti mutu beton 7,4 MPa (w/c = 0,87), 9,8 Mpa (w/c = 0,78), 12,2 MPa (w/c = 0,72), 14,5 Mpa (w/c = 0,66), 24 Mpa (w/c = 0,53) dan lain-lain. Dalam pekerjaan kontruksi, penggunaan standar perencanaan pembuatan beton didasarkan pada bangunan yang akan dibangun. Berikut ini adalah beberapa komposisi dalam perencanaan pembuatan beton berdasarkan SNI.7394.2008.

Tabel 2.2 Komposisi beton mutu 7,4 Mpa (w/c = 0,87)

Kebutuhan Satuan Indeks

Bahan

PC Kg 247

PB Kg 869

KR Kg 999

Air Liter 215

Tenaga Kerja

Pekerja OH 1,65

Tukang Batu OH 0,275 Kepala

Tukang OH 0,028

15

Tabel 2.3 Komposisi beton mutu 9,8 Mpa (w/c = 0,78)

Kebutuhan Satuan Indeks

Bahan

PC Kg 276

PB Kg 828

KR Kg 1012

Air Liter 215

Tenaga Kerja

Pekerja OH 1,65

Tukang Batu OH 0,275 Kepala

Tukang OH 0,028

Mandor OH 0,083

Tabel 2.4 Komposisi beton mutu 12,2 MPa (w/c = 0,72)

Kebutuhan Satuan Indeks

Bahan

PC Kg 299

PB Kg 799

KR Kg 1017

Air Liter 215

Tenaga Kerja

Pekerja OH 1,65

Tukang Batu OH 0,275

Kepala Tukang OH 0,028

Mandor OH 0,083

Tabel 2.5 Komposisi beton mutu 14,4 MPa (w/c = 0,66)

Kebutuhan Satuan Indeks

Bahan

PC Kg 326

PB Kg 760

KR Kg 1029

Air Liter 215

Tenaga Kerja

Pekerja OH 1,65

Tukang Batu OH 0,275

Kepala

Tukang OH 0,028

16

Tabel 2.6 Komposisi beton mutu 14,4 MPa (w/c = 0,66)

Kebutuhan Satuan Indeks

Bahan

PC Kg 326

PB Kg 760

KR Kg 1029

Air Liter 215

Tenaga Kerja

Pekerja OH 1,65

Tukang Batu OH 0,275 Kepala

Tukang OH 0,028

Mandor OH 0,083

Tabel 2.7 Komposisi beton mutu 24 MPa (w/c = 0,53)

Kebutuhan Satuan Indeks

Bahan

PC Kg 406

PB Kg 684

KR Kg 1026

Air Liter 215

Tenaga Kerja

Pekerja OH 1,65

Tukang Batu OH 0,275 Kepala

Tukang OH 0,028

Mandor OH 0,083

2. Uji Kuat Tekan Beton

Pengujian kuat tekan beton dilakukan menggunakan alat mesin kompresor (Compressor Mechine). Untuk menghitung kuat tekan beton digunakan rumus:

�

,

�

=

P

A (2.1)

dengan:

�,� = Kuat tekan beton (Mpa) ;

P = Beban Tekan (N) ;

A = Luas bidang permukaan (cm2).

17

Gambar 2.2 merupakan alat kompresing untuk uji kualitas beton.

Gambar 2.2 Alat kompresing untuk menguji kekuatan beton.

Beton harus dirancang proporsi campurannya agar menghasilkan suatu kuat tekan rata-rata yang disyaratkan. Pada tahap pelaksanaan konstruksi, beton yang telah dirancang campurannya harus diproduksi sedemikian rupa sehingga memperkecil

frekuensi terjadinya beton dengan kuat tekan yang lebih rendah dari kuat tekan

seperti yang telah disyaratkan. Kriteria penerima beton tersebut harus pula sesuai dengan standar yang berlaku. Menurut standar nasional Indonesia, kuat tekan harus

memenuhi 0,Mpa untuk kuat tekan rata-rata dua silinder dan memenuhi +0,82 Mpa

untuk rata empat buah benda uji yang berpasangan. Jika tidak memenuhi, maka diuji mengikuti ketentuan selanjutnya

Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan tekan beton diantaranya adalah:

a) proporsi bahan-bahan penyusunnya; b) metode perancangan;

c) perawatan;

d) keadaan pada saat pengecoran dilaksanakan, yang terutama dipengaruhi oleh lingkungan setempat.

18

Kekuatan tekan Mpa ditentukan dengan silinder standar (berukuran 6 inci x 12 inci) yang dirawat dibawah kondisi standar laboratorium pada kecepatan tertentu, pada umur 28 hari. Spesifikasi standar yang dipakai di Amerika Serikat biasanya diambil dari ASTM C-39. Perlu dipahami bahwa kekuatan beton struktur aktual dapat saja tidak sama dengan kekuatan silinder karena perbedaan pemadatan dan kondisi perawatan.

D.Gelombang Akustik

1. Pengertian Gelombang Akustik

Gelombang akustik adalah gelombang yang dirambatkan sebagai gelombang mekanik longitudinal sehingga dapat menjalar dalam medium padat, cair dan gas. Medium gelombang akustik adalah molekul yang membentuk bahan medium mekanik (Sutrisno, 1988). Gelombang akustik merupakan getaran molekul-molekul zat dan saling beradu satu sama lain namun demikian zat tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi bahkan tidak pernah terjadi perpindahan partikel (Resnick dan Halliday , 1992). Sedangkan menurut Gabriel (1998), Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang terjadi karena perapatan dan perenggangan dalam medium gas, cair dan padat. Gambar 2.3 merupakan gambar gelombang longituginal.

19

Gambar 2.3 Gelombang longituginal

Dalam sebuah medium, gelombang dihasilkan ketika sebuah benda bergetar dan menyebabkan gangguan kerapatan medium. Gangguan dijalarkan dalam medium melalui interaksi molekul-molekulnya. Gelombang ditimbulkan oleh sumber titik yang bergerak secara harmonik, apabila gelombang suara mencapai batas permukaan maka akan terjadi transmisi dan refleksi. Gelombang akustik dapat merambat dalam medium cair, padat dan medium gas hal ini karena gelombang akustik merupakan rambatan energi dari medium yang dilaluinya (Bueche, 1986). Gambar 2.4 menjelaskan pembagian frekuensi gelombang akustik.

Gambar 2.4 Pembagian rentang frekuensi gelombang akustik

Berdasarkan Gambar 2.4 dapat diketahui bahwa gelombang akustik terbagi atas tiga macam yaitu infrasonik yang memiliki frekuensi di bawah 100 Hz, audiblesound yang memiliki frekuensi diatas infrasonik dengan frekuensi

1 Hz 100 Hz 10 kHz 1 MHz 100 MHz

Infrasound Audible sound

20

maksimal sekitar 1 MHz dan gelombang ultrasound yang memiliki frekuensi di atas 100 MHz. Dari ketiga jenis gelombang ini, gelombang ultrasonik banyak dimanfaatkan untuk menguji kualitas produksi dalam industri.

Dalam sebuah medium, gelombang akustik merambat melalui partikel-partikel penyusun dari suatu zat. Semakin rapat partikel penyusun zat maka akan semakin cepat gelombang suara merambat. Di dalam medium padat, cepat rambat dari suatu gelombang dipengaruhi oleh sifat elastis dan masa jenis dari zat padat tersebut (Resnick dan Halliday , 1992).

Pada suatu medium, perambatan gelombang terjadi karena gerakan bolak-baik partikel yang melewati titik keseimbangan yang searah dengan arah rambat gelombang. Oleh karena itu gelombang suara lebih dikenal dengan gelombang longituginal seperti ditunjukan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Gelombang longituginal

Gelombang akustik banyak dimanfaatkan untuk pengujian hasil produksi diantaranya adalah untuk mengetahui kualitas beton (Rosyidi, 2004). Karakteristik gelombang yang melewati suatu medium mengakibatkan getaran partikel dengan medium amplitudo sejajar dengan arah rambatannya secara longituginal sehingga

λ

21

menyebabkan partikel medium membentuk regangan (strain) dan rapatan (stress). Proses kontinu yang menyebabkan rapatan dan renggangan dalam medium disebabkan oleh getaran partikel secara periodik selama gelombang ultrasonik melaluinya (Halliday dan Resnick, 1992).

Dalam proses perambatan gelombang akustik, masing-masing partikel dengan panjang dx mengalami gaya yang bekerja pada permukaan seperti yang di tunjukan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Gaya ketika gelombang suara merambat

Gaya pada gelombang suara yang merambat melalui suatu medium mematuhi hukum Newton II.

∑ = (2.2) dengan m= massa dan a = percepatan.

jika sebuah palu dipukulkan ke permukaan suatu medium dengan gaya (F), maka di dalam medium akan menghasilkan gelombang yang merambat searah sumbu x dengan gaya sebesar Fx (Gambar 2.6). Gelombang yang merambat kemudian akan

mengalami refleksi yang memiliki gaya sebesar Fx + �

� .

Fx

x X+ dx

Fx + �

�

22

Sehingga besarnya gaya yang dihasilkan oleh perambatan gelombang pada sebuah medium dapat dicari dengan persamaan 2.3 sebagai berikut.

=

+

�

�

−

=

�

�

(2.3

)

Selama gelombang suara merambat elemen gelombang akan berpindah searah sumbu x dengan nilai perpindahan sebesar x+dx. Hal ini ditunjukan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Proses perpindahan elemen selama gelombang suara merambat (Yatarif ,2008).

2. Hubungan Cepat Rambat Gelombang dengan Frekuensi Benda Padat

Cepat rambat gelombang pada setiap benda memiliki nilai tidak sama, hal ini disebabkan karena partikel penyusun zat dari benda tersebut memiliki komposisi yang berbeda. Cepat rambat gelombang adalah kecepatan dimana puncak gelombang mengalami gerak. Kecepatan gelombang dibedakan dari kecepatan partikel pada medium benda. Cepat rambat gelombang dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.

= �/� (2.6)

23

Karena �= 1

�, maka persamaan menjadi

= �� (2.7) Untuk benda padat, cepat rambat gelombang dapat dihitung menggunakan modulus Young sebagai berikut.

= (2.8)

Dengan v = cepat rambat gelombang, Y = modulus Young dan = massa jenis benda padat (Giancoli, 1998).

Dengan mensubtitusikan persamaan 2.8 pada persamaan 2.7 dihasilkan persamaan 2.9 sebagai berikut.

� =1

� (2.9)

E.Modulus Elastis Bahan

Modulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan (stress) dan regangan (strain) pada suatu bahan. Tegangan terjadi akibat adanya gaya yang bekerja pada suatu luasan bahan. Besarnya tegangan dituliskan pada persamaan 2.10.

=

� (2.10)

dengan F adalah gaya (N) yang diberikan dan A adalah luas permukaan bahan yang dikenai gaya (m2). Sedangkan regangan adalah perbandingan antara perubahan panjang terhadap panjang awal bahan. Besarnya regangan pada bahan dapat dihitung menggunakan persamaan 2.11 berikut.

24

�

=

∆ (2.11) dengan ∆ pertambahan panjang bahan (m) dan Lo panjang awal bahan (m). Berdasarkan persamaan 2.10 dan 2.11 maka nilai Modulus elastisitas bahan adalah.

=

� (2.12)

dimana σ adalah tegangan aksial searah sumbu benda uji, ε adalah regangan aksial dan Y adalah modulus elastisitas bahan atau biasa disebut modulus Young. Modulus elastisitas menentukan ukuran kekakuan suatu bahan. Semakin tinggi nilai modulus elastisitas bahan maka semakin sedikit perubahan bentuk yang

terjadi, sehingga nilai regangan pada bahan semakin kecil atau semakin kaku. (Zemansky, 1994).

F. Tranduser Mikrofone

Mikrofone merupakan suatu jenis transduser yang berfungsi mengubah energi-energi akustik (gelombang suara) menjadi sinyal listrik. Salah satu jenis mikrofone yang sering digunakan untuk merekam suara adalah mikrofone jenis kondensor. Mikrofone kondensor memiliki sensitivitas yang baik terhadap gelombang suara. Mikrofone jenis kondensor merupakan tranduser elektromekanis yang mengubah perubahan-perubahan dalam tekanan udara menjadi perubahan-perubahan yang sesuai dalam sinyal listrik. Gambar 2.8 merupakan gambar dari mikrofone jenis kondensor.

25

Gambar 2.8 Kondensor

Pada mikrofon jenis kondensor terdapat kapasitor yang terdiri dari dua keping plat yang memiliki tegangan. Kondensor bekerja berdasarkan prinsip kapasitansi kapasitor plat sejajar seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Kapasitor plat sejajar

Dari Gambar 2.9 kita ketahui terdapat dua buah plat kapasitor yang memiliki muatan yang berbeda-beda yaitu muatan positif (+) dan muatan negatif (-) yang terpisah sejauh d. Perbedaan muatan pada suatu titik tertentu menyebabkan terjadinya perubahan medan listrik sebanding dengan perubahan jarak yang memisahkan kedua plat. Secara matematis terjadinya medan listrik dituliskan pada persamaan 2.13.

= 4��0 2

(2.13) Selain terjadinya perubahan medan listrik, perubahan jarak pada kedua plat akan menghasilkan perubahan beda potensial dan perubahan nilai kapasitansi kapasitor

26

yang sebanding dengan perubahan jarak kedua plat. Perubahan kapasitansi pada kapasitor dapat dituliskan seperti pada persamaan 2.14.

� =�0� (2.14)

Dari persamaan 2.14 perubahan kapasitansi dari kapasitor di pengaruhi oleh luas plat, jenis dielektrik dan jarak antara kedua plat. Ketika sebuah kapasitor mendapatkan sebuah inputan yang berupa sinyal suara, maka nilai kapasitansinya berubah seiring perubahan jarak antara plat sehingga akan mempengaruhi nilai tegangan keluaran yang dihasilkan oleh kapasitor. Hubungan perubahan nilai kapasitansi dengan tegangan keluaran dituliskan pada persamaan 2.15.

= _� (2.15)

Dengan mensubtitusi persamaan 2.14 ke persamaan 2.15 diperoleh persamaan tegangan mikrofon seperti pada persamaan 2.16.

=

��0 (2.16)

dengan:

C = kapitansi kapasitor; d = jarak antara kedua pelat; �0 = permitifitas ruang hampa; Q = jumlah muatan;

A = luas penampang; V = beda potensial.

(Cahyono dkk, 2008).

Pada mikrofone kapasitor, terjadi peristiwa pengisian dan pelucutan kapasitor. Salah satu plat pada kapasitor terbuat dari bahan mengkilap yang merupakan

27

diafragma mikrofon. Salah satu plat mikrofon difungsikan sebagai membran dan plat yang satunya dibuat tetap. Diafragma akan bergetar jika ada gelombag suara yang mengenainya, suara yang masuk akan merubah jarak antara dua plat yang akan mengakibatkan terjadinya perubahan kapasitansi, jadi disaat plat bergetar maka hal yang terjadi adalah mula-mula plat akan berdekatan yang mengakibatkan kapasitas akan meningkat dan tegangan berkurang seiring peningkatan kapasitas pada plat, kemudian sebaliknya plat akan menjauh yang mengakibatkan kapasitasnya menurun yang mengakibatkan peningkatan nilai tegangan . Gambar 2.10 merupakan gambaran cara kerja mikrofon.

Gambar 2.10 Prinsip kerja Mikrofone (Ronald, 2014)

G.Penguat Transistor Dua Tingkat

Rangkaian penguat digunakan untuk menghasilkan bati tegangan yang lebih besar. Untuk menghasilkan bati tegangan yang lebih besar, rangkaian penguat dibuat bertingkat (cascade) dua atau lebih penguat. Pada penguatan bertingkat keluaran pertama digunakan sebagai masukan ke tingkat kedua. Selanjutnya keluaran kedua dapat digunakan sebagai masukan ke tingkat selanjutnya

28

(Malvino, 2003). Gambar 2.11 merupakan rangkaian penguat transistor bias pembagi tegangan dua tingkat (a) dan rangkaian ekivalen AC.

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.11 Rangkaian penguat transistor bias pembagi tegangan dua tingkat (a), rangakaian ekivalen AC (b dan c)

Pada Gambar 2.11 (c) tegangan masukan basis pada rangkaian penguat tingkat pertama dapat dihitung dengan persamaan 2.17.

Vout Vout C1 R1 R2 RC RE Q1 2N3904 Q2 2N3904 C2 1nF C3 _R5 R re RE R3 C4 R4 RC 9 V C5 1nF V2 Vin R1 BR'E Br'e

R2 IC RC1 R3 R4 R10

Br'e

IC RC2 RL=R5

VIN Vin R Zin1(stage) RC1 R Zin 2(stage) I ic I IC RC2 R5

29

= . ₁ (2.17) Vin adalah tegangan masukan pada mikrofon dengan � sebagai hambatan

mikrofon. Besarnya impedansi masukan ( ) pada tingkat pertama dihitung dengan persamaan berikut.

₁ = �₁ // �₂ // � ′ (2.18)

r'

e adalah hambatan emitor pada mode AC untuk penguat pertama besarnya dapat

dihitung dengan persamaan 2.19

′

=

(2.19) Vbe merupakan tegangan basis emitor dengan nilai pendekatan sebesar 25 mV

sedangkan ie adalah arus emitor pada mode AC. Besar penguatan tegangan pada transistor tingkat pertama dapat dihitung menggunakan persamaan 2.20 sebagai berikut.

�

₁

=

�1

′

(2.20)

Dengan _�1 = �� ⁄⁄ 1

Tegangan yang keluar dari rangkaian penguat tingkat pertama menjadi masukan tegangan pada penguat tingkat kedua. Tegangan AC yang masuk ke kaki basis 2 ( ₂) dapat dihitung dengan persamaan 2.21 sebagai berikut.

₂ = _2.�_�// ₂ (2.21) Besarnya impedansi masukan ( ) pada tingkat kedua dihitung dengan persamaan berikut.

30

Besar penguatan tegangan pada transistor tingkat kedua (�₂) dapat dihitung dengan persamaan 2.23.

�

2

=

�_′2 (2.23) dengan _�2 =�� // �

setelah diperoleh

�

₁ dan

�

₂, total penguatan tegangan dapat dihitung menggunakan persamaan berikut (Malvino, 2003).

�

=

�

1

.

�

2 (2.24) Dari persamaan 2.23 diatas kita dapat memperoleh Vout menggunakan persamaan 2.24.

= � . (2.25)

H.Akuisisi Data dengan Sound Card

Akuisisi data merupakan suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang diinginkan. Jenis serta metode yang dipilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses. Suatu sistem akuisisi data pada umumnya dibentuk sedemikian rupa sehingga sistem tersebut berfungsi dengan baik dalam proses mengambil, mengumpulkan dan menyimpan suatu data ke dalam bentuk yang siap untuk dilakukan proses selanjutnya (Ariyus dan Andri, 2008).

Dalam akuisisi data terdapat dua mode yaitu mode sinkron dan mode asinkron. Akuisisi sinkron merupakan akuisisi data yang dalam pengiriman dan penerimaan

31

data terjadi dalam waktu yang serentak sehingga dalam akuisisi sinkron sebelum adanya pengiriman data dilakukan sinkronisasi antara pengirim dan penerima. Akuisisi asinkron merupakan akuisisi data yang dalam pengiriman dan penerimaan datanya tidak harus terjadi pada waktu yang serentak.

Untuk membangun sebuah sistem akuisisi data digunakan beberapa alat yang salah satunya adalah sound card. _{Sound card merupakan perangkat keras}

komputer yang berfungsi untuk mengolah data berupa audio atau suara. Sound

Card memiliki empat fungsi utama, yaitu sebagai synthesizer, sebagai MIDI

interface, pengonversi data analog ke digital (misalnya merekam suara dari

mikrofon) dan pengkonversi data digital menjadi analog (misalnya saat

memproduksi suara dari speaker). Sound card biasanya terdapat pada

komputer-komputer yang bercirikan multimedia. Penelitian yang menggunakan sound card

sebagai akuisisi data telah banyak dilakukan diantaranya penghitung denyut

jantung manusia (Somawirata dan Subagio, 2011), getaran jembatan (Khotimah,

2004), dan Electrokardiogram (EKG) yang dilengkapi jaringan saraf tiruan (Setiawan., dkk 2011).

Komponen utama dari sebuh sound card adalah Analog Digital Converter (ADC) dan Digital Anaog Converter (DAC) yang berfungsi sebagai pengonversi sinyal analog menjadi digital dan sinyal digital menjadi sinyal analog. Gambar 2.12 menjelaskan fungsi kerja dari sound card.

32

Gambar 2.12 Blok diagram sound card (Engdahl, 2009)

Gambar 2.12 memberikan informasi bahwa masukan dari sound card berupa sinyal suara yang dihasilkan mikrofone melalui jalur masukan (input). Sinyal suara yang dihasilkan oleh mikrofone akan memasuki mixer chip yang memiliki fungsi untuk mengatur sinyal masukan analog yang kemudian diubah menjadi sinyal digital. Selanjutnya sinyal akan diolah lebih lanjut melalui proses Digital Signal Processing (DSP) di dalam Personal Computer (PC).

I. Transformasi Fourier

Transformasi Fourier adalah suatu model transformasi yang mengubah domain spasial atau domain waktu menjadi domain frekuensi. Transformasi Fourier merupakan suatu proses yang banyak digunakan untuk mengubah domain dari suatu fungsi atau obyek ke dalam domain frekuensi. Di dalam pengolahan citra digital, transformasi fourier digunakan untuk mengubah domain spasial pada citra menjadi domain frekuensi. Analisa-analisa dalam domain frekuensi banyak digunakan seperti filtering. Dengan menggunakan transformasi fourier, sinyal atau citra dapat dilihat sebagai suatu objek dalam domain frekuensi.

33

Transformasi Fourier didefinisikan dengan persamaan 2.26 sebagai berikut � = _−∞∞ −2��

= _−∞∞ cos 2�� − _−∞∞ sin 2�� (2.26) dengan:

x (t) = fungsi atau sinyal dalam domain waktu;

−2�� _{= fungsi kernel;}

X(f) = fungsi dalam domain frekuensi dan; f = frekuensi.

fungsi dari persamaan (2.26) digunakan untuk mentransformasikan sinyal dari domain waktu ke dalam domain frekuensi. Dengan keterbatasan eksekusi komputer, maka persamaan (2.26), khususnya pada bagian real, didekati dengan

∞

−∞

cos 2�� → ∆ � 2�� ∆ ∆

= ∑ ∆ � 2� ∆ ∆� ∆

= ∑ ∆ � 2� ∆ (2.27)

dimana m dan n adalah bilangan bulat.

Domain waktu periode suatu sinyal dinyatakan sebagai T = N∆t, sedangkan pada domain frekuensi ∆� = � dengan ∆� menyatakan interval antar frekuensi dan � =

1

∆ = ∆�. Dengan demikian, dalam persamaan (2.27) ∆ ∆�=

1

, yang merupakan penghubung antara domain waktu dengan domain frekuensi. Bila jumlah data lebih kecil dari fs maka frekuensi yang dihasilkan tidak presisi. Disisi

34

lain fs haruslah ≥ � untuk menghindari aliasing frekuensi di dekat frekuensi yang dicari. Aliasing merupakan fenomena munculnya frekuensi yang sama dari hasil transformasi yang mana kita tidak bisa membedakan antara frekuensi yang asli dengan frekuensi bayangan.

Pada umumnya, transformasi Fourier menggunakan alat yang disebut real-time spectrum analyzer yang telah terintegrasi dalam bentuk chip untuk menghitung sinyal diskret dalam domain waktu yang berasal dari microphone. Untuk dapat menganalisis spektrum frekuensi, di dalam prosessor DSP disusun program Discrete Fourier Transform (DFT) (Schuler, 2003: 477).

1. Transformasi Fourier Diskrit (DFT)

Discrete Fourier Transform (DFT) adalah deretan yang terdefinisi pada kawasan frekuensi–diskrit yang merepresentasikan Transformasi Fourier terhadap suatu deretan terhingga (Finite Duration Sequence). DFT berperan penting untuk implementasi algoritma suatu varitas pengolahan sinyal, karena efisien untuk komputasi berbagai aplikasi (Pratiwi dkk, 2012). DFT merupakan cara mengubah suatu fungsi atau sinyal dari kawasan (domain) waktu ke kawasan frekuensi. Dalam pemrosesannya, sinyal diskrit dapat direpresentasikan ke dalam bentuk fungsi, grafik, tabel, delay unit sample dan transformasi Z. Selain itu, sinyal diskrit dapat digunakan dengan menggunakan metode lain yaitu diskrit fourier transform (DFT). Dalam pengolahan sinyal digital, discrete fourier transform (DFT) digunakan untuk mengubah data diskrit dari daerah waktu (time domain) menjadi daerah frekuensi (frekuensi domain). Sinyal diskrit dihasilkan dari sinyal analog yang didefinisikan seperti pada persamaan (2.28).

35

� = ₋∞_∞ − 2�� (2.28) dengan:

� = sinyal kawasan frekuensi; = sinyal kawasan waktu.

Kemudian fungsi waktu kontinyu diubah menjadi fungsi diskrit (TF menjadi DFT), maka persamaan 2.28 fungsi kawasan frekuensi dimana t (waktu) diubah menjadi n (diskrit) dan dirubah ke ,

_{X k =} ∑N−1_{x n e}−jωn

n=0 (2.29)

Untuk berhingga N (n=0 ...N-1), maka:

= ∑ ₌₀−1 − 2�� (2.30)

2. Fast Fourier Transform (FFT)

Fast Fourier Transform (FFT) adalah suatu algoritma transformasi Fourier yang dikembangkan dari algoritma Discrete Fourier Transform (DFT). Dengan metode Fast Fourier Transform (FFT), kecepatan komputasi dari perhitungan transformasi Fourier dapat ditingkatkan. Pada Discrete Fourier Transform (DFT) proses komputasi memerlukan looping sehingga banyak memerlukan memori. Dengan menerapkan metode Fast Fourier Transform (FFT) perhitungan Discrete Fourier Transform (DFT) dapat dipersingkat dengan cara mereduksi proses looping. Ada dua macam metode Fast Fourier Transform (FFT) yaitu Decimation In time (DIT) dan metode Decimation In Frekuensi (DIF) yang memiliki fungsi yang sama yaitu untuk mentransformasi sinyal menjadi frekuensi dasarnya.

36

a. FFT Decimation In Time

Fast Fourier Transform (FFT) diperoleh dengan modifikasi Discrete Fourier Transform (DFT), perubahan yang dilakukan adalah dengan cara mengelompokan batas n ganjil dan n genap sehingga N point DFT menjadi (N/2) point. Persamaan 2.31 merupakan FFT Decimation In Time.

X [k] =

∑

₌₀−1

k = 0,1, .... N-1 (2.31) Kemudian membagi persamaan 2.31 menjadi dua bagian sehingga diperoleh persamaan seperti pada persamaan 2.32.

= ∑ =2−2 + ∑ =1−1 (2.32)

genap ganjil n=2r n = 2r+1

dengan memasukan nilai n genap dengan 2r dan untuk n ganjil 2r+1 diperoleh persamaan seperti pada persamaan 2.33

= ∑ ₌₀/2−1 2 2 + ∑ ₌₀/2−1 2 + 1 2 +1 (2.33)

dengan

2 = 2 = −2� 2

=

−2�

2 = _/2

/2 + /2

= _{/2 /2}/2 = _/2 dengan Wm

= −2� = cos (-2π) + i sin (-2π) = 1 Sehingga

37

= ∑ ₌₀/2−1 2 _/2 + ∑ ₌₀/2−1 2 + 1 _/2 (2.34) (Tanudjaja, 2007).

dengan:

= DFT /2 titik data dengan indek genap; = DFT /2 titik data dengan indek ganjil.

Persamaan 2.35 dapat dituliskan

= + (2.35)

J. Low Pass Filter

Filter adalah suatu rangkaian yang dirancang untuk melewatkan suara pita frekuensi tertentu seraya memperlemah semua isyarat di luar pita ini. Jaringan-jaringan pada filter bisa bersifat aktif maupun pasif. Jaringan-jaringan yang pasif hanya berisi tahanan, induktor dan kapasitor saja, sedangkan jaringan-jaringan pada filter yang aktif, menggunakan transistor atau penguat operasional ditambah dengan tahanan, induktor dan kapasitor. Induktor jarang sekali digunakan dalam filter-filter aktif, sebab ukurannya sangat besar dan harganya relatif mahal dan bisa memiliki komponen-komponen bertahanan dalam besar (Coughlin, 1983).

Lowpass filter merupakan jenis filter yang yang hanya melewatkan sinyal dengan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cutt-off (fc) dan akan melemahkan sinyal dengan frekuensi lebih tinggi dari cutt-off (fc). Lowpass filter RC merupakan jenis filter analog dengan respon frekuensi yang ditentukan oleh konfigurasi resistor (R) dan kapasitor (C). Rangkaian dan grafik respon keluaran lowpass filter dapat dilihat pada Gambar 2.13 dan 2.14.

38

Gambar 2.13 Rangkaian low pass filter

Gambar 2.14 Grafik respon keluaran low pass filter (Coughlin, 1983).

Besarnya frekuensi cut-off dari rangkaian lowpass filter dapat ditentukan dengan

persamaan 2.36.

�

_�

=

1

2���

(2.36)

Rangkaian filter pasif LPF RC pada Gambar 2.13 terlihat seperti pembagi tegangan menggunakan R. Dimana pada filter LPF RC ini teganga output diambil pada titik pertemuan RC. Tegangan output (Vout) filter pasif LPF seperti terlihat pada rangkaian di atas dapat diekspresikan dalam persamaan matematis sebagai berikut.

=

1

1+� ��

.

(2.37) Besarnya penguatan tegangan (G) pada filter pasif yang ideal maksimum adalah 1 = 0 dB yang hanya terjadi pada frekuensi sinyal input dibawah frekuensi cut-off

39

(fc). Penguatan tegangan (G) filter LPF RC pasif dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut (Wijaya, 2014)

= (2.38) Dalam satuan desible, penguatan tegangan dapat dituliskan seperti pada persamaan (2.39)

G = 20 log (2.39)

K.Filter Savitzky Golay

Savitzky-Golay (S-G) filter merupakan metode smoothing data berdasarkan kuadrat pendekatan polinomial. Filter ini menunjukkan polinomial untuk satu set sampel input dan kemudian mengevaluasi polinomial yang dihasilkan pada satu titik dalam interval pendekatan setara dengan konvolusi diskrit dengan respon impuls tetap. Ide dasar kuadrat smoothing digambarkan dalam Gambar 2.15, yang menunjukkan urutan sampel x(n) dari sinyal diskrit sebagai titik padat.

Gambar 2.15 Proses smoothing data Savitzky-Golay (S-G) filter

Gambar 2.15 mengilustrasikan kuadrat-smoothing dengan menggunakan garis polinom tingkat kedua (garis tebal) untuk lima sampel masukan, (dot) menunjukkan sampel masukan, (o) menunjukkan kuadrat sampel output, dan x

40

menunjukkan respon impulse yang efektif sampel (bobot konstanta). (Garis putus-putus menunjukkan pendekatan polinomial unit impuls berpusat.)

Kelompok 2M+1 sampel berpusat di n = 0, nilai koefisien polinomial dari sampel dapat diperoleh dengan persamaan berikut.

=∑ ₋0 (2.40)

Untuk mengurangi kesalahan digunakan pendekatan

� =∑ ₌₋ ∑ ₋₀ − [ ] 2 (2.41) Dalam Gambar 2.15 diketahui N = 2 dan M = 2, kurva padat di sebelah kiri pada Gambar 2.15 adalah p(n) polinomial dievaluasi pada grid terbaik antara 2 dan 2, dan nilai output dihasilkan dengan mengevaluasi p (n) pada titik pusat n = 0. Artinya, y [0], output pada n = 0, adalah y [0] = p (0) = a0. Nilai output pada sampel berikutnya diperoleh dengan menggeser interval analisis ke kanan dengan satu sampel dan mengulangi pas polinomial dan evaluasi di lokasi pusat.

Proses ini diulang pada setiap sampel dari input setiap kali memproduksi nilai output urutan y [n]. Contoh lain ditampilkan di sebelah kanan dimana pusat interval digeser untuk sampel n = 10 dan polinomial baru untuk sampel 8≤ n ≥12 ditunjukkan kembali oleh kurva solid dan output di n = 10 adalah nilai polinomial baru dievaluasi pada pusat lokasi.

Pada proses pemfilteran, filter ini mengamati setiap posisi nilai penghalusan output dari sampling diperoleh menggunakan polinomial identik dengan kombinasi linear dari nilai sampel masukan, yaitu set 2M + 1 sampel masukan

41

dalam interval pendekatan yang efektif dikombinasikan dengan satu set tetap koefisien pembobotan yang dapat dihitung sekali untuk order polinomial diberikan N dan selang perkiraan panjang 2M + 1. Artinya, sampel output dapat dihitung oleh konvolusi diskrit menggunakan.

= ∑ =− − = ∑ += − − (2.42)

Nilai-nilai yang ditandai dengan x pada Gambar 2.15 adalah perubahan impuls tanggapan h [0 - m] dan h [10 - m] yang dapat digunakan untuk menghitung sampel keluaran dengan label 0, sehingga menggantikan proses fitting polinomial pada setiap sampel dengan evaluasi tunggal (Schafer, 2010).

L.Matrix Labolatory (MATLAB)

MATLAB adalah salah satu bahasa pemrograman dengan kemampuan tinggi untuk proses komputasi. MATLAB menggabungkan proses komputasi, visualisasi dan pemrograman dalam satu kesatuan yang mudah digunakan di mana masalah dan penyelesaianya diekspresikan dalam notasi matematik yang sudah dikenal. Dalam aplikasinya, pemakain MATLAB meliputi:

a) matematika dan komputasi; b) pengembangan algoritma; c) akuisisi data;

d) pemodelan, simulasi dan protptype; e) grafik saintifik dan engginering;

42

MATLAB adalah sistem interaktif yang mempunyai basis data array yang membutuhkan banyak dimensi. Hal ini dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak masalah komputasi teknis, khususnya yang berkaitan dengan formulasi matrik dan vektor. Nama MATLAB merupakan singkatan dari Matrix Labolatory. MATLAB awalnya dibuat untuk memudahkan dalam megakses softwere matriks yang dikembangkan oleh LINPACK dan EISPACK. Dalam perkembangannya MATLAB mampu mengintegrasikan beberapa software untuk kompeutasi matriks. Tidak hanya itu, MATLAB juga mampu melakukan komputasi simbolik yang biasa digunakan oleh MAPLE.

MATLAB memiliki sistem yang terdiri atas lima bagian.

a) Development Envoriment merupakan kumpulan semua alat-alat dan fasilitas untuk membantu kita dalam menggunakan file MATLAB. Bagian ini memuat desktop, comman window, comman history, editor and debugger, dan browser untuk melihat help, workspace, files.

b) The MATLAB Mathematical Fungtion Library merupakan bagian yang berisi semua algoritma komutasi, mulai dai fungsi sederhana seperti sum, sine, cosine sapai fungsi lebih rumit seperti invers matriks, nilai eigen, fungsi bessel dan fast fourier tranform.

c) The MATLAB Leangue merupakan bahasa matriks level tinggi dengan control flow, fungsi, struktur data, input/output dan objek programing lainnya.

d) Graphics merupakan fasilitas yang dimiliki MATLAB untuk menampilkan vector dan matriks sebagai grafik. Faslitas ini mencangkup visualisasi data dua/tiga dimensi, pemrosesan citra (image), animasi dan grafik animasi.

43

Paket ini memungkinkan kita menulis bahasa C dan Port yang berinteraksi dengan MATLAB (dinamic Linking) yang disebut MATLAB sebagai mesin penghitung, dan untuk membaca dan menulis M AT-files.

44

III. METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini telah dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung pada bulan januari sampai dengan April 2015.

B. Alat dan Bahan

Alat bahan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut.

1. Mikrofon

Pada penelitian mikrofon berfungsi untuk mendeteksi sinyal suara dari beton yang dipukul menggunakan palu yang kemudian data diubah ke besaran elektris agar data bisa diolah pada komputer.

2. Pengondisi Sinyal

Rangkaian pengondisi sinyal berfungsi untuk merubah level sinyal akustik yang terekam oleh mikrofon sebelum disimpan ke dalam komputer melalui jalur sound card. Rangkai pengondisi sinyal dibuat menggunakan beberapa komponen elektronika yaitu mikrofon kondensor, transistor 2N3904, kapasitor dan resistor serta batu baterai sebagai suplai tegangan.

45

3. Personal Computer (PC)

Dalam peneliian ini, Personal Computer (PC) digunakan untuk akuisisi data dan pengolahan sinyal yang berasal dari rangkaian mikrofone agar diperoleh data.

4. Sampel Beton

Pada penelitian ini menggunakan 3 sampel beton dengan 5 benda uji untuk masing-masing sampel. Ketiga sampel memiliki komposisi berbeda yang bertujuan untuk mengetahui frekuensi dominan setiap sampel. Perbandingan Faktor Air Semen (FAS) diambil dari SNI .7394.2008 tetapi dalam penentuan dimensi beton didasarkan pada kebutuhan penelitian. Berikut ini merupakan sampel yang digunakan dalam penelitian.

Tabel 3.1. Sampel Beton dan Komposisinya Jenis

Sampel

Komposisi Sampel Beton

W/C PC (kg) PB (kg) KR (kg) Air (l₎

A 0,78 3,45 10,35 12,65 2,68

B 0,66 4,1 9,5 12,86 2,68

C 0,53 5,1 8,5 12,8 2,68

Tabel 3.1 merupakan komposisi sampel yang digunakan pada penelitian dimana W/C = faktor air semen, PC = portal cemen, PB = pasir, KR = krikil (split). Sampel yang digunakan memiliki perbedaan pada Faktor Air Semen (FAS) yang merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas dari beton, semakin rendah faktor air semen maka akan menghasilkan kualitas beton lebih baik. Berdasarkan data pada Tabel 3.1 sampel yang memiliki kualitas paling baik berdasarkan FAS adalah sampel C. Selain faktor air semen,

46

dalam penelitian ini pengujian beton dilakukan berdasarkan usia dari sampel, dan usia maksimal pengujian yang digunakan adalah 28 hari. semakin lama usia pengujian, kualitas beton akan semakin baik.

5. Palu

Pada penelitian ini digunakan palu yang memiliki berat 345 gram dengan panjang pemukul 29,5cm. Palu digunakan untuk memukul beton ketika pengambilan data.

6. MATLAB

Pada penelitian ini digunakan software Matlab untuk proses komputasi dan pengolahan sinyal akustik berdasarkan rumusan Transformasi Fourier.

C.Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri dari dua tahapan, yaitu pembuatan sistem akuisisi data serta pembuatan sistem pemrosesan sinyal suara beton. Prinsip kerja dari alat uji beton ini adalah memanfaatkan suara dentuman dari palu yang di pukulkan ke permukaan beton. Gambar 3.1 merupakan blok diagram alat uji kualitas beton.

47

.

Gambar 3.1 Blok diagram Alat

Tahap perekaman sinyal akustik merupakan proses pendeteksian dan perekaman sinyal suara dari beton yang dipukul menggunakan palu. Perangkat keras yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebuah mikrofone dengan rangkaian penguat. Sinyal suara yang terdeteksi dikuatkan oleh penguat mikrofone kemudian sinyal dikonversi menjadi besaran elektris dan selanjutnya sinyal dihubungkan dengan komputer melalui jalur sound card.

Tahap filtering noise random merupakan tahapan pemrosesan sinyal yang dilakukan untuk menghilangkan noise random dari hasil perekaman menggunakan Savitzky-Golay filter. Savitzky-Golay filter akan memperhalus spektrum sinyal menggunakan pendekatan kudrat polinomial dan akan tetap menjaga bentuk dari gelombang. Noise random berasal dari luar dapat berupa sinyal yang berasal dari keadaan sekitar yang ikut terekam oleh mikrofone pada saat pengambilan data, sedangkan sinyal yang berasal dari dalam dapat

Beton

Penguat Mikrofone

Filtering sinyal random menggunakan Filter Savitzky-Golay

Spektrum Sinyal Beton Suara

48

disebabkan oleh perangkat komputer pada bagian sound card yang rentan terhadap noise. Apabila dalam proses pengolahan sinyal noise tidak dihilangkan akan mengakibatkan kesalahan pada karakteristik spektrum sinyal yang diperoleh.

Tahap pengolahan sinyal merupakan tahapan pemrosesan sinyal suara beton yang dilakukan untuk mengetahui karakteristik beton yang diuji, proses ini dilakukan menggunakan transformasi Fourier untuk proses pengolahan sinyal.

1. Perancangan Hardware

Perancangan hardware pada penelitian ini merupakan perancangan sistem akuisisi data melalui jalur sound card, sistem yang dibuat meliputi penguat mikrofone dengan sistem antarmuka sound card. Mikrofone digunakan untuk mendeteksi sinyal akustik dari beton kemudian sinyal dikuatkan oleh penguat mikrofone untuk selanjutnya sinyal disimpan kedalam Personal Computer (PC) melalui jalur soundcard. Gambar 3.2 merupakan perancangan alat uji beton.

Gambar 3.2 Sketsa alat uji kualitas beton 1

2

3

49

Deskripsi sketsa alat uji kualitas beton.

1. Sumber bunyi berasal dari palu yang dipukulkan pada permukaan beton. 2. Rangkaian mikrofone yang digunakan untuk mendeteksi suara beton. 3. Penguat mikrofone digunakan untuk menguatkan sinyal yang terekam

oleh mikrofone sebelum disimpan ke dalam komputer.

4. Personal Computer (PC) digunakan sebagai untuk menyimpan data melalui jalur sound card, serta mengolah dan menampilkan hasil pengujian sinyal akustik serta menyimpan data hasil perekaman dan pengolahan.

a. Penguat Mikrofon

Penguat mikrofon berfungsi untuk menguatkan sinyal yang terdeteksi oleh mikrofone, kemudian sinyal dibaca dan selanjutnya sinyal disimpan ke dalam Personal Computer (PC) melalui jalur sound card. Gambar 3.3 merupakan rangkaian penguat mikrofone menggunakan 2 transistor.

Gambar 3.3 Rangkaian penguat mikrofone Q1 2N3904 Q2 2N3904 R1 150kΩ R2 120kΩ R3 3.9kΩ R4 2.7kΩ R5 150kΩ R6 120kΩ R7 5kΩ R8 3.9kΩ R9 150kΩ C1 2.2uF C2 510nF C3 510nF C4 16nF C5 10nF V1 9 V R10 2.7kΩ V2 120 Vrms 60 Hz 0° OutPut

50

Gambar 3.3 merupakan rangkaian penguat mikrofone yang menggunakan transistor low noise dengan tipe 2N3904. Penguat pre-ampilfier menggunakan penguat transistor bias pembagi tegangan dua tingkat. Pada prinsipnya penguatan sinyal yang di hasilkan akan dipengaruhi oleh nilai input yang berasal dari kaki transistor tingkat pertama. Masukan sinyal pada basis transisitor terhubung dengan kapasitor sebesar 2,2 µf yang berfungsi sebagai kopling, fungsi dari kapasitor ini untuk menahan sinyal dc yang masuk dan meloloskan frekuensi ac yang berasal dari mikrofone. Pada penguat transistor tingkat pertama besar nilai input bergantung dari sinyal Vin yang berasal dari mikrofon. Besar nilai Vin awal sebesar 6 Volt yang langsung dicatu ke mikrofone. Penguatan yang akan dihasilkan pada rangkaian dapat diperoleh menggunakan persamaan penguat transistor gandeng dua tingkat. Persamaan 3.1 merupakan persamaan penguat transistor gandeng dua tingkat.

Av = A1 x A2 (3.1)

dengan:

Av = Peguatan total;

A1 = Penguatan transistor tingkat pertama;

A2 = Penguatan transistor tingkat kedua.

Penurunan rumus penguat mikrofon pada rangkaian diatas dapat dilihat pada persamaan 2.14 sampai 2.22. Pada rangakaian pre-amplifier juga dilengkapi dengan low pass filter yang dirancang menggunakan resistor dan kapasitor. Besarnya cut off pada penguat pre-amplifier dapat dihitung menggunakan persamaan 3.2 sebagai berikut.

51

�_� = 1

2��� (3.2)

Resistor sebesar 5 Kohm dan kapasitor sebesar 15,9 nf digunakan sebagai low pass filter dengan frekuensi cut off sebesar 8000 Hz.

b. Diagram Alir Percobaan

Proses pengolahan sinyal pada penelitian ini menggunakan Software Matrix Laboratory (MATLAB), perancangan software dibuat untuk proses komputasi dan pengolahan sinyal yang telah di simpan di dalam Personal Computer (PC). Gambar 3.4 merupakan blok diagram penelitian.

Gambar 3.4 Blok diagram penelitian Perekaman sinyal akustik

Menyimpan rekaman dengan format .wav

Mulai

Filtering sinyal menggunakan filter Savitzky-Golay

Pemrosesan sinyal dengan FFT

Hasil Spektrum Sinyal oleh FFT

52

c. Rancangan Data Hasil Penelitian

Pada penelitian ini data yang akan diambil berupa frekuensi dominan sinyal suara beton, sampel beton yang digunakan sebanyak 3 buah yaitu sampel A, sampel B dan sampel C. Pengujian dilakukan pada usia beton 7 hari, 14 hari, 21 hari, 26 hari dan 28 hari. berikut ini merupakan format pengambilan data penelitian.

Tabel 3.2 Format pengambilan data penelitian

SAMPEL USIA SAMPEL (HARI) DAN FREKUENSI DOMINAN (Hz)

A 7 14 21 26 28

1 2 3 4 5 Rata-rata

B 7 14 21 26 28

1 2 3 4 5 Rata-rata

C 7 14 21 26 28

1 2 3 4 5 Rata-rata

Dari Tabel 3.2 diketahui bahwa sampel yang digunakan terdiri dari tiga jenis beton dengan perbandingan W (kadar air) dan C (kadar semen) yang berbeda.

53

Pada penelitian ini, digunakan 5 benda uji untuk setiap jenis sampel beton yang akan diuji. Pengujian akan dilakukan pada beton usia 7 hari, 14 hari, 21 hari, 26 hari dan 28 hari, pemilihan usia beton bertujuan untuk mengetahui frekuensi dominan berdasarkan perbedaan kualitas beton pada usia 7 sampai 28 hari yang dihasilkan.

83

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A.Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang diperoleh dapat disimpulkan sebagai berikut.

1. Pada usia 7, 14 dan 21 frekuensi dominan yang dihasilkan mengalami perubahan yang tidak teratur sehingga tidak bisa dilakukan perbandingan untuk mengetahui kualitas dari masing-masing sampel beton.

2. Pada usia 26 dan 28 hari, frekuensi dominan yang dihasilkan mengalami perubahan yang cukup teratur, sampel A memiliki nilai frekuensi dominan tertinggi dan sampel C menghasilkan nilai terkecil tetapi dari data yang dihasilkan nilai frekuensi belum bisa dijadikan sebagai data pembanding uji kualitas beton karena perbandingan frekuensi dominan setiap sampel tidak terpaut jauh sehingga perlu dilakukan penelitian lebih lanjut.

3. Data yang dihasilkan setiap sampel memiliki standar deviasi yang cukup besar sehingga akan menghasilkan data dengan standar eror yang besar.

53

Pada penelitian ini, digunakan 5 benda uji untuk setiap jenis sampel beton yang akan diuji. Pengujian akan dilakukan pada beton usia 7 hari, 14 hari, 21 hari, 26 hari dan 28 hari, pemilihan usia beton bertujuan untuk mengetahui frekuensi dominan berdasarkan perbedaan kualitas beton pada usia 7 sampai 28 hari yang dihasilkan.

83

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A.Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang diperoleh dapat disimpulkan sebagai berikut.

1. Pada usia 7, 14 dan 21 frekuensi dominan yang dihasilkan mengalami perubahan yang tidak teratur sehingga tidak bisa dilakukan perbandingan untuk mengetahui kualitas dari masing-masing sampel beton.

2. Pada usia 26 dan 28 hari, frekuensi dominan yang dihasilkan mengalami perubahan yang cukup teratur, sampel A memiliki nilai frekuensi dominan tertinggi dan sampel C menghasilkan nilai terkecil tetapi dari data yang dihasilkan nilai frekuensi belum bisa dijadikan sebagai data pembanding uji kualitas beton karena perbandingan frekuensi dominan setiap sampel tidak terpaut jauh sehingga perlu dilakukan penelitian lebih lanjut.

3. Data yang dihasilkan setiap sampel memiliki standar deviasi yang cukup besar sehingga akan menghasilkan data dengan standar eror yang besar.

84

B.Saran

Adapun saran-saran untuk penelitian mendatang terkait dengan pengujian kualitas beton berdasarkan spektrum akustik adalah:

1. Pada penelitian selanjutnya, diharapkan menggunakan jumlah benda uji yang lebih banyak agar menghasilkan data yang lebih variatif.

2. Dalam pembuatan sampel beton, sebaiknya menggunakan alat-alat yang sudah tstandar baik dalam proses pencampuran bahan maupun pencetakan beton agar meminimalisir kesalahan dalam pembuatan sampel yang akan mempengaruhi hasil pengujian.

3. Dalam melakukan pengujian, posisi mikrofon sebaiknya dibuat lebih dari satu titik untuk mengetahui posisi terbaik dalam perekaman sinyal.

4. Menggunakan 2 jenis bentuk benda uji (silinder dan kubus) agar dapat diketahui perbedaan kualitas beton dari kedua bentuk benda uji berdasarkan frekuensi dominannya yang dihasilkan.

DAFTAR PUSTAKA

Andriawan. 2014. Pengujian Kuat Beton dengan Berbagai FAS Menggunakan Tes Ultrasonik Hammer Test dan Compression Test. Jember: Skripsi. Anggraeni, Eddy dan Sonny Wedhanto. 2013. Perbandingan kekuatan Beton

Berdasarkan Hasil Ultrasonic Pulse Velocity Test dengan Uji Tekan. Surakarta: Konferensi Teknik Sipil 7.

Antono, A. 1995. Teknik Beton. Yogyakarta: Fakultas Teknik UGM.

Atmaja dan Rosyidi. 2004. Modul Prosedur Pengukuran lapangan Metode Spektral Analysis of Surface Wave (SASW). Yogyakarta: Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

Ariyus, D., dan Rum Andri. K. R. 2008. Komunikasi Data, Yogyakarta: Andi. Badan Standarisasi Nasional. 2008. Metode pengujian Slump Beton. Jakarta: SNI

1972:2008.

Bruce dan Hunsleman. 2000. MATLAB Bahasa Komputasi Teknis. Yogyakarta: Andi.

Cahyono, Y., Endang Susilo R dan Yossy Novitaningtyas . 2008. Rekayasa Biomedik Terpadu utuk Mendeteksi Kelainan Jantung. Jurnal Fisika dan Aplikasinya. 4(2): 1-6.

Chouglin. 1992. Penguat Oprasional dan Rangkaian Terpadu Linear. Jakarta: Erlangga.

Depertemen Pekerjaan Umum. 1989. Pedoman Beton 1989. SKBI-1.4.53.1988. UDC:693.5. Jakarta: Draft Konsensus.

Dipohusodo dan Istimawan. 1994. Strukutur Beton Bertulang. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.

Engdahl. 2009. Soundcard tips and facts. http://www.epanorama.net/ documents/pc /soundcard_tips.html. Diakses pada tanggal 2 Oktober 2014. Pukul 11.15 WIB.

Fred . 1994. Principle of Signal and Systems. Singapore: McGraw-Hill. Gabriel, J.F. 1998. Fisika Kedokteran. Bali: Buku Kedokteran EGC. Giancoli. 1998. FISIKA jilid 1 edisi kelima. Jakarta: Erlangga.

Hidayat, S. 2009. Jenis Semen dan Aplikasinya. Jakarta: P.T. Kawan Pustaka. Khotimah. 2004. Identifikasi Kendaraan di Jembatan menggunakan Piezoelectric.

Skripsi. Yogyakarta: UGM.

Malvino. 2003. Prinsip-Prinsp Elektronika Buku Satu. Jakarta: Salemba Teknika. Mawardi. 2003. Pengujian Struktur Beton dengan Metode Hummer test dan Load

test. Sumatra Utara: Universitas Sumatra Utara.

Mulyono, T. 2004. Teknologi Beton. Edisi Pertama. Yogyakarta. Andi.

Resnick R., dan David Halliday. 1992. Fisika. Penterjemah Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. Jakarta: Erlangga, hlm 656-693.

Ronald. 2014. http://gloriaentertainment.blogspot.com/2011/09/mikropon kondensor.html. diunggah pada taggal 12 juni 2014 pkl.09.15 WIB. Samekto.,Wuryati dan Candra Rahmadiyanto. 2001. Teknologi Beton.

Yogyakarta: Kanisius.

Schafer Ronald. 2010. On the Frequency-Domain Properties of Savitzky-Golay Filters. http://wwwinst.eecs.berkeley.edu/~ee123/fa11/docs/SGFilter .pdf. Diakses pada tanggal 23 Juni 2015 pukul 20.22 WIB.

Schuler, A. Charles. 2003. Electronics: Principles and Applications. Singapore: Mc Graw Hill. Hlm. 477

Setiawan. 2011. Analisa dan Pengenalan Suara Jantung Menggunakan Wavelet dan Jst Dalam Mengklasifikasikan Jenis Kelainan Katup Jantung Pada Manusia. Tugas Akhir. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh November.

Somawirata dan Subagio. 2011. Perancangan dan Pembuatan Alat Penghitung Detak Jantung Dengan Bipolar Standart Lead Berbasis Mikrkontroler ATMEGA 8535. Jurnal Elektro ELTEK Vol. 2, No. 2. Malang: Institut Teknologi Nasional Malang.

Sutrisno. 1988. Gelombang Dan Optik Seri Fisika Dasar Jilid 2. Bandung: ITB. Tanudjaja, Harlianto 2008. Pengolahan Sinyal Digital & Sistem Pemrosesan Sinyal. Yogyakarta: Andi.

Wijaya. 2014. Filter Pasif. Diktat Elektronika Dasar 1. Jakarta: Universitas indonesia.

Winter,George. 1993. Perencanaan Struiktur Beton Bertulang. Jakarta: PT.Pradnya Paramita.

Yatarif. 2008. Karakteristik Sinyal Akustik Untuk Mendeteksi Keabnormalan Jaringan Tubuh Menggunakan Ultrasonk. Skripsi. Jakarta: Universitas Indonesia.