Pembuatan dan Uji Karakteristik Material Beton Ringan (Concrete Foam) yang Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Akibat Beban Statik

Pembuatan dan Uji Karakteristik Material Beton Ringan (Concrete

Foam) yang Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

Akibat Beban Statik

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Andreas Gorga Siregar 080401073

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013

PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL

BETON RINGAN (CONCRETE FOAM) YANG DIPERKUAT

SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)

AKIBAT BEBAN STATIK

Telah disetujui Seminar pada:

Periode 648, Hari/ Tanggal: Rabu/ 28 Agustus 2013

Disetujui Oleh: Dosen Pembimbing

NIP. 1964 1024 19920 31001 Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL

BETON RINGAN (CONCRETE FOAM) YANG DIPERKUAT

SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)

AKIBAT BEBAN STATIK

Telah disetujui Seminar pada:

Periode 648, Hari/ Tanggal: Rabu/ 28 Agustus 2013

Disetujui Oleh:

Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II

Ir. Tugiman, MT

NIP. 1957 04121985031004 NIP. 194910121981031002 Ir. Mulfi Hazwi, M. Sc

PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL

BETON RINGAN (CONCRETE FOAM) YANG DIPERKUAT

SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS)

AKIBAT BEBAN STATIK

ANDREAS GORGA SIREGAR NIM 080401073

Diketahui / Disahkan : DisetujuiOleh: DepartemenTeknikMesin DosenPembimbing, FakultasteknikUSU

Ketua,

Dr. Ing. Ir. IkhwansyahIsranuri

NIP. 1964 1224 1992 111001 NIP. 1964 1024 19920 31001

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA: 2107 /TS/2013 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL.: / /2013

MEDAN PARAF :

SPESIFIKASI : PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL BETON RINGAN (CONCRETE MATRIX COMPOSITE) YANG DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) AKIBAT BEBAN STATIK.

DIBERIKAN TANGGAL : 10 Desember 2012 SELESAI TANGGAL :

MEDAN, 20 Juni 2013 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

TUGAS SARJANA

N A M A : ANDREAS GORGA SIREGAR

N I M : 08 0401 073

MATA PELAJARAN : PERANCANGAN DIE

Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri

NIP.1964 1224 1992 111001 NIP.1964 1024 19920 31001 Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN

KARTU BIMBINGAN

NO : 2107 / TS / 2013

TUGAS SARJANA MAHASISWA

Sub. Program studi : Konversi energi / Teknik Produksi Bidang tugas : Perancangan Die

Judul tugas : PEMBUATAN DAN UJI KARAKTERISTIK MATERIAL BETON RINGAN (CONCRETE MATRIX COMPOSITE) YANG DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) AKIBAT BEBAN STATIK

Diberikan tanggal : 10 Desember 2012 Selesai tanggal :

Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Bustami Nama MHS : Andreas Gorga S. N.I.M : 080401073

NO. Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda tangan Dosen _pemb.

1. 10 Desember 2012 Pengajuan tugas skripsi dan pemberian tugas 2. 14Desember 2012 Melakukan studi literatur

3. 17 Desember 2012 Pembuatan material concrete matrix composite 4. 18 Februari 2013 Pengujian material concrete matrix composite 5. 19 Februari 2013 Pengambilan data lapangan di lab. IFRC 6. 23 Februari 2013 Asistensi laporan data lapangan 7. 24 Februari 2013 Asistensi BAB I dan II

8. 26 Februari 2013 Asistensi perbaikan BAB II 9. 04 Maret 2013 Asistensi BAB III

10. 14 Maret 2013 Asistensi perbaikan BAB III 11. 23 Maret 2013 Asistensi BAB IV

12. 28 Maret 2013 Asistensi perbaikan BAB IV 13. 4 April 2013 Asistensi BAB V

14. 9 April 2013 Asistensi perbaikan BAB V 15. 02 Mei 2013 Melengkapi laporan skripsi

16. 20 Juni 2013 ACC seminar

Catatan :

1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing Setiap asistensi

2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi

3. Kartu ini harus dikembalikan ke departemen, bila kegiatan Asistensi telah selesai

Diketahui,

Ketua Departemen Teknik Mesin,

F.T. U.S.U

Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri

ABSTRAK

Indonesia merupakan salah satu produsen kelapa sawit terbesar di dunia. Selama ini tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang merupakan hasil dari pengolahan kelapa sawit hanya digunakan sebagai pupuk. Pada penelitian ini dilakukan riset yang akan menambah nilai ekonomis dari tandan kosong kelapa sawit. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan proses pembuatan yang sesuai dengan kemampuan beton, mendapatkan komposisi material yang sesuai dengan kemampuan beton, serta mendapatkan tegangan dan regangan struktur beton ringan yang diperkuat serat TKKS akibat bebat statik. Pengujian yang dilakukan terhadap benda uji yang telah dihasilkan adalah pengujian tarik belah. Dari hasil penelitian ini didapat kesimpulan bahwa perbandingan antara tinggi cetakan dengan volume bahan campuran material beton ringan (Concrete Matrix Composite) adalah 1:0,75. Komposisi material dari beton ringan (Concrete Matrix Composite) yang terbaik adalah komposisi 7: semen 32,5%; pasir 32,5%; air 15,1%; blowing agent 17,6%; serat TKKS 2,3%. Hasil dari pengujian tarik belah diperoleh nilai tegangan adalah 0,18 MPa dan regangannya adalah 0,0015415.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Allah atas segala karunia-Nya yang senantiasa di berikan kepada penulis, sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi sarjana Teknik di Departemen Teknik mesin fakultas teknik universitas sumatera utara. Adapun judul skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah material teknik,yaitu ”

Studi Experimental dan Analisa Respon Material Beton Ringan

(Concrete Matrix Composite) yang Diperkuat Serat Tandan

Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Akibat Beban Statik”.

Selama penulisan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan

bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis

menyampaikan banyak terima kasih :

1. Kedua orang tua tercinta atas segala pengorbanan dan doanya yang tidak

tergantikan.

2. Kepada abang dan kakak yang telah banyak memberikan dukungan baik

dalam bentuk moril, materil dan doa

3. Bapak prof. Dr. Ir. Bustami syam, MSME selaku dosen pembimbing yang

telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi

ini dapat terselesaikan.

4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahril Gultom, MT selaku

5. Bapak Zulfikar, ST. MT dan semua tim riset IFRC yang telah membantu

dan sebagai tempat diskusi.

6. Bapak/Ibu staf pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas

Tenik USU.

7. Sony Arapen Sembiring yang telah sabar menemani menyelesaikan skripsi

ini.

8. Peter Manurung dan Kita untuk segalanya.

9. Teman – teman stambuk 2008 yang selalu ada menghibur dan berbagi

dalam segalanya tanpa terkecuali.

Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca

pada umumnya dan penulis sendiri pad khususnya.

Medan,

Andreas Gorga Siregar

DAFTAR ISI

Halaman LEMBAR PENGESAHAN

SPESIFIKASI TUGAS

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR NOTASI ... viii

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan dan Batasan Masalah ... 4

1.3 Tujuan Penelitian ... 4

1.3.1 Tujuan Umum ... 4

1.3.2 Tujuan Khusus ... 4

1.4 Keluaran Skripsi ... 5

1.5 Sistematika Penulisan ... 5

1.6 Metodologi Penelitian ... 6

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 8

2.1 Pendahuluan ... 8

2.2 Beton ... 8

2.3 Polimer ... 14

2.4 Material Komposit ... 16

2.4.2 Material Concrete Matrix Composite ... 21

2.4.3 Teknik Pembuatan Material Komposit ... 25

2.5 Densitas ... 26

2.6 Teori Elastisitas ... 26

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 30

3.1 Tempat dan Waktu ... 30

3.1.1 Tempat ... 30

3.1.2 Waktu ... 30

3.2 Metode pembuatan spesimen ... 30

3.2.1 Persiapan alat dan bahan ... 30

3.2.1.1 Peralatan ... 31

3.2.1.2 Bahan ... 36

3.3 Proses Pembuatan Serat TKKS ... 39

3.4 Metode Pembuatan Concrete Matrix Composite ... ... 40

3.5 Prosedur Pengujian Tarik Belah ... 42

3.6 Kerangka Kegiatan ... 43

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 45

4.1 Pendahuluan ... 45

4.2 Pembuatan Material Concrete Matrix Composite ... ... 45

4.3 Komposisi Material ... 46

4.4 Pengujian Tarik Belah ... 47

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 51

5.1. Kesimpulan ... 51

5.2. Saran ... 51

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Fasa-fasa pembentuk komposit ... 16

Gambar 2.2 Klasifikasi struktur komposit. ... 19

Gambar 2.3 Serat TKKS yang telah dihaluskan ... 25

Gambar 2.4 Grafik tegangan terhadap regangan beton. ... 29

Gambar 3.1 Gunting . ... 32

Gambar 3.2 Ayakan ... 32

Gambar 3.3 Ember plastik ... 32

Gambar 3.4 Cetakan ... 33

Gambar 3.5 Timbangan ... 33

Gambar 3.6 Sendok Plastik ... 33

Gambar 3.7 Sekop ... 34

Gambar 3.8 Gelas ukur ... 34

Gambar 3.9 Gelas Plastik ... 34

Gambar 3.10 Oli ... 35

Gambar 3.11 Mesin Penghalus Serat ... 35

Gambar 3.12 Alat Pengering ... 36

Gambar 3.13 Sarung Tangan Karet ... 36

Gambar 3.14 Diagram alir pembuatan serat TKKS ... 37

Gambar 3.15 Spesimen silinder ... 40

Gambar 3.16 Diagram alir proses pembuatan concrete foam ... 41

Gambar 3.17 Diagram alir penelitian ... 44

Gambar 4.1 Benda Uji dengan cetakan I ... 46

Gambar 4.2 Grafik Tegangan terhadap regangan K1... ... 48

Gambar 4.3 Grafik Tegangan terhadap regangan K2 ... 48

Gambar 4.4 Grafik Tegangan terhadap regangan K3 ... 49

Gambar 4.5 Grafik perbandingan tegangan terhadap regangan seluruh komposisi ... 50

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit ... 24

Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit (lanjutan) ... 25

Tabel 3.1 Lokasi dan aktifitas penelitian ... 29

Tabel 3.2 Alat dan Bahan ... 30

Tabel 3.3 Spesifikasi mesin penghalus serat . ... 34

Tabel 3.4 Komposisi material beton ringan yang diperkuat serat TKKS ... 39

Tabel 4.1 Komposisi Material ... 45

Tabel 4.2 Berat jenis (ρ) tiap komposisi ... 46

DAFTAR NOTASI

Simbol Nama Keterangan Satuan

A - luas penampang m2

m - massa kg

g - grafitasi (9,81) m/s2

ρ rho massa jenis kg/m3

E - modulus elastisitas N/m2

σ sigma tegangan N/m2

F - gaya N

L - panjang m

ε ebsilon penguluran m

Δ delta perubahan -

ABSTRAK

Indonesia merupakan salah satu produsen kelapa sawit terbesar di dunia. Selama ini tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang merupakan hasil dari pengolahan kelapa sawit hanya digunakan sebagai pupuk. Pada penelitian ini dilakukan riset yang akan menambah nilai ekonomis dari tandan kosong kelapa sawit. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan proses pembuatan yang sesuai dengan kemampuan beton, mendapatkan komposisi material yang sesuai dengan kemampuan beton, serta mendapatkan tegangan dan regangan struktur beton ringan yang diperkuat serat TKKS akibat bebat statik. Pengujian yang dilakukan terhadap benda uji yang telah dihasilkan adalah pengujian tarik belah. Dari hasil penelitian ini didapat kesimpulan bahwa perbandingan antara tinggi cetakan dengan volume bahan campuran material beton ringan (Concrete Matrix Composite) adalah 1:0,75. Komposisi material dari beton ringan (Concrete Matrix Composite) yang terbaik adalah komposisi 7: semen 32,5%; pasir 32,5%; air 15,1%; blowing agent 17,6%; serat TKKS 2,3%. Hasil dari pengujian tarik belah diperoleh nilai tegangan adalah 0,18 MPa dan regangannya adalah 0,0015415.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu produsen kelapa sawit (crude palm

oil/CPO) terbesar di dunia, hal ini dibuktikan dengan data Ditjen Perkebunan

Kementerian Pertanian (Kementan) yang menyebutkan luas areal lahan kelapa

sawit di Indonesia pada 2011 mencapai 8.908.000 hektare, sementara di 2012

angka sementara mencapai 9.271.000 hektare, padahal target renstra Kementan

hanya 8.557.000 hektare. Itu berarti, luas lahan sawit Indonesia saat ini telah

meningkat dibanding 2011 dan melebihi target Renstra Kementan [1].

Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan sisa produksi dari

Pabrik Kelapa Sawit (PKS) yang jumlahnya sangat banyak, yaitu 1,9 juta ton

berat kering atau setara dengan 4 juta ton berat basah pertahun. PT Perkebunan

Nusantara II (PTPN II) menghasilkan limbah TKKS sebanyak 1350 ton pertahun

[2]. Pada umumnya material ini dimanfaatkan sebagai pupuk organik dilahan

perkebunan dengan cara dibakar atau dibuang kembali kelahan tersebut dan

dibiarkan mengalami proses fermentasi secara alami [3].

Pengolahan limbah TKKS dewasa ini mulai diteliti kegunaannya, sehingga

nilai ekonomis dari material limbah tersebut dapat dinaikkan dan sekaligus dapat

memberi solusi atas penanganan produk limbah yang sebelumnya terbuang

pembuatan papan partikel [4], kerucut lalu lintas [5], parking bumper [6], helmet

sepeda [7], dan bahan baku kertas [5] sehingga masih terbuka kemungkinan serat

TKKS ini diolah ke bentuk material/struktur lainnya yang mempunyai nilai

ekonomis tinggi. Salah satu bentuk strukturnya adalah struktur beton.

Beton adalah suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan

membuat suatu campuran yang mempunyai proporsi tertentu dari semen, pasir

dan koral atau agregat lainnya, dan air untuk membuat campuran tersebut menjadi

keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi struktur yang diinginkan.

(George Winter, 1993)

Beton merupakan bahan bangunan yang sangat populer digunakan dalam

dunia jasa konstruksi karena beton mudah di bentuk dan tidak akan berubah

bentuk apabila telah mencapai waktu tertentu. Penelitian tentang beton akan terus

berkembang guna memenuhi tuntutan perkembangan zaman dan kondisi

lingkungan. Sejalan dengan berkembangnya ilmu konstruksi beton, ada banyak

cara atau metode yang digunakan untuk membuat beton. Salah satu jenis beton

adalah beton ringan.

Beton ringan adalah beton yang memiliki berat jenis ( density ) lebih

ringan dari pada beton pada umumnya (Tjokrodimuljo, 1996). Metode-metode

yang sering digunakan dalam pembuatan beton ringan adalah dengan

memasukkan blowing agent kedalam campuran air, pasir dan semen. Pembentukan pori-pori pada beton membuat beton tersebut menjadi ringan karena

Berat beton ringan dapat diatur sesuai kebutuhan. Pada umumnya massa

beton ringan berkisar antara 600 kg/m3 – 1600 kg/m3. Karena itu keunggulan

utama beton ringan adalah pada beratnya, sehingga apabila digunakan pada

bangunan tinggi (high rise building) akan dapat mengurangi berat bangunan

tersebut secara signifikan, yang selanjutnya berdampak kepada perhitungan

pondasi.

Pengembangan bahan campuran untuk membuat beton ringan sudah

banyak dilakukan seperti yang disebutkan sebelumnya. Pada tulisan ini, peneliti

ingin membuat struktur beton ringan dengan bentuk silinder yang dicampur

dengan bahan polyurethane dan serat TKKS. Sehingga perlu dikaji kembali pemanfaatan TKKS ini menjadi salah satu bahan campuran beton ringan untuk

meningkatkan daya guna yang lebih baik.

Komposisi material bahan beton ringan diambil berdasarkan fraksi berat

material penyusun dari masing-masing material pendukungnya dengan variasi

terhadap semen, pasir, air, blowing agent dan serat TKKS. Variasi tersebut untuk membentuk material beton ringan yang mempunyai kekuatan yang lebih baik,

ekonomis, serta dapat mengurangi berat akhir produk yang dihasilkan.

Beton adalah bagian dari konstruksi yang dibuat dari campuran beberapa

material sehingga mutunya akan banyak tergantung kondisi material pembentuk

ataupun pada proses pembuatannya. Untuk itu kualitas bahan dan proses harus

Tugas ini akan membahas mengenai analisa respon material beton ringan

(Concrete Matrix Composite) yang diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit

(TKKS) akibat beban statik.

1.2 Perumusan dan Batasan Masalah

Rumusan masalah yang diangkat pada penelitian ini adalah (1)

Mendapatkan teknik pembuatan dan komposisi beton ringan (Concrete Matrix

Composite) yang diperkuat serat TKKS (2) Mendapatkan tegangan dan regangan

struktur beton ringan akibat beban tekan statik.

Batasan masalah pada penelitian ini adalah hanya dicukupkan pada

pembuatan beton ringan (Concrete Matrix Composite)yang diperkuat serat TKKS

dengan bentuk silinder.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan pada penelitian ini di bagi atas tujuan umum dan tujuan khusus.

1.3.1. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan desain

dan teknik pembuatan beton ringan yang diperkuat serat TKKS.

1.3.2.Tujuan Khusus

Adapun tujuan khusus penelitian ini adalah :

a. Mendapatkan proses pembuatan concrete matrix composite

yang sesuai dengan kemampuan beton.

b. Mendapatkan komposisi material concrete matrix composite

c. Mendapatkan tegangan dan regangan struktur beton ringan

yang diperkuat serat TKKS akibat beban statik.

1.4 Keluaran Skripsi

Keluaran skiripsi ini diharapakan menghasilkan:

1. Beton ringan (Concrete Matrix Composite) yang siap diuji

dalam bentuk silinder.

2. Data yang meliputi banyak penggunaan dari tiap material

penyusun dari tiap komposisi, distribusi tegangan dan

regangan, gaya dan modulus elastisitas yang terjadi pada benda

uji yaitu beton ringan yang diperkuat dengan serat tandan

kosong kelapa sawit (TKKS).

3. Buku skripsi akan digunakan sebagai salah satu syarat untuk

mendapatkan gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik

Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

1.5 Sistematika Penulisan

Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan

mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam

beberapa bagian yaitu:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain : latar belakang, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, sistematika penelitian.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan tersebut meliputi penjelasan mengenai beton, mortar, semen, dan bahan – bahan capuran lainnya yang mempengaruhi dari kualitas beton. Dasar teori didapatkan dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari : buku - buku pedoman, jurnal, paper, tugas akhir, e-mail, dan e-book.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini akan membahas mengenai pengambilan data dan langkah untuk menganalisis permasalahan, urutan proses analisis dan analisis mutu beton ringan yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS)

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi tentang data yang diperoleh dari peninjauan langsung di lapangan dan hasil penganalisaan data.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa simulasi dan saran untuk penyempurnaan hasil penelitian untuk penelitian berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

1.6Metodologi Penelitian 1. Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan dengan mempelajari buku-buku, jurnal-jurnal, artikel maupun karya-karya ilmiah yang terkait, baik yang bersumber dari media cetak, elektronik maupun dari internet.

2. Diskusi Interaktif

Melakukan diskusi dalam bentuk tanya-jawab antara mahasiswa dan dosen pembimbing menyangkut hal-hal yang berkaitan dengan prose

pembuatan dan pengujian beton ringan serta memecahkan permasalahan yang dihadapi secara bersama.

3. Pembuatan Benda Uji

Melakukan proses pembuatan benda uji yaitu berupa balok kubus dan silinder beton serta mortar.

4. Pengujian dan Pengambilan Data

Pengujian dilakukan beberapa kali dan pengambilan data yang meliputi nilai kuat tekan, nilai tegangan dan regangan dan gaya yang terjadi. 5. Evaluasi

Melakukan evaluasi akhir dalam bentuk kesimpulan dan saran serta

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pendahuluan

Beton adalah material yang sangat populer digunakan didalam dunia konstruksi. Hal ini dikarenakan sifat beton yang mudah dibentuk dan tidak akan berubah bentuk apabila telah mencapai waktu tertentu. Beton adalah suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan membuat suatu campuran yang mempunyai proporsi tertentu dari semen, pasir dan koral atau agregat lainnya, dan air untuk membuat campuran tersebut menjadi keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi struktur yang diinginkan.

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 bangunan ataupun kontruksi yang akan dibangun untuk mendapatkan hasil yang memuaskan dan sesuai dengan dibutuhkan.

Beton yang sangat sering ditemukan dipasaran adalah beton yang komposisi materialnya terdiri dari semen, air dan agegat atau dengan menambah zat aditif. Beton yang ada dipasaran lebih berat jika dibandingkan dengan beton ringan. Semakin berat beton tentu biaya pengirimannya akan semakin besar sehingga harga jual beton akan semakin tinggi.

Massa jenis beton normal : 2,2 ��/�3– 2,5 ��/�3

Massa jenis beton ringan : < 1,9��/�3

2.2 Beton

Beton adalah suatu komposit dari beberapa bahan batu – batuan yang direkatkan oleh bahan ikat. Beton dibentuk dari agregat campuran ( halus dan kasar ) dan ditambah dengan pasta semen. Dengan bahasa yang sederhana dapat dijelaskan bahwa semen mengikat pasir dan bahan – bahan agregat lain ( batu

kerikil, basalt dan sebagainya ). Rongga yang timbul diantara bahan – bahan kasar tersebut diisi oleh bahan – bahan agregat halus [8]. Beton dapat pula didefenisikan sebagai bahan yang diperoleh dengan mencampurkan agregat halus (pasir), agregat kasar (kerikil) air dan semen Portland atau bahan pengikat hidrolis lain yang sejenis, dengan atau tanpa bahan tambahan lain. Campuran dari pada agregat halus, air dan semen saja disebut adukan (mortar).

Berdasarkan SNI 03-2847-202 syarat untuk kuat tekan beton struktur yaitu:

1. Untuk beton struktur nilai kuat tekan beton tidak boleh kurang dari 17,5 MPa.

2. Untuk beton struktur tahan gempa kuat tekan beton tidak boleh kurang dari 20 MPa [9].

Berdasarkan pengertian-pengertian di atas, dapat disimpulkan bahwa beton adalah suatu campuran yang terdiri dari semen, agregat halus, agregat kasar, air dan bahan tambahan dengan perbandingan tertentu yang kemudian diaduk dan dituang dalam cetakan hingga mengeras dan membatu sesuai dengan bentuk yang diingikan.

Bahan-bahan aditif terkadang ditambahkan kedalam campuran untuk menghasilkan beton dengan karakteristik tertentu, seperti kemudahan pengerjaan (workability), durabilitas (ketahanan), dan percepatan waktu pengerasan. Agregat mempunyai peran yang sangat penting sebagai penguat, semen (matriks) mempunyai kekuatan dan rigiditas yang lebih rendah berperan sebagai pengikat dan air (mixer) sebagai media pencampur untuk menghomogenkan komposisi penyusun dan kontak luas permukaan.

Susunan beton secara umum, yaitu: 7-15 % PC, 16-21 % air, 25-30% pasir, dan 31-50% kerikil. Kekuatan beton terletak pada perbandingan jumlah semen dan air, rasio perbandingan air terhadap semen (W/C ratio) yang semakin kecil akan menambah kekuatan (compressive strength) beton. Kekuatan beton ditentukan oleh perbandingan air semen, selama campuran cukup plastis, dan beton dapat dipadatkan secara sempurna dengan agregat yang baik.

a. Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength), tetapi tidak begitu pada gaya tarik (low tensile strength). Bahkan kekuatan gaya tarik beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya tekannya.

b. Beton tidak mampu menahan gaya tegangan (tension) yang tinggi, karena elastisitasnya yang rendah dari beton.

c. Konduktivitas termal beton relatif rendah

Dalam keadaan yang mengeras, beton bagaikan batu dengan kekuatan tinggi. Dalam keadaan segar, beton dapat dibentuk sesuai kebutuhan, sehingga dapat digunakan untuk membentuk seni arsitektur atau untuk tujuan dekoratif. Beton juga akan memberikan hasil akhir yang bagus jika pengolahan akhir dilakukan dengan cara khusus umpamanya diekspose agregatnya (agregat yang mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan di bagian luar, sehingga nampak jelas pada permukaan betonnya).

Faktor – faktor yang membuat beton banyak digunakan karena memiliki keunggulan – keunggulannya antara lain :

1. Kemudahan pengolahannya : yaitu dalam keadaan plastis, beton dapat diendapkan dan diisi dalam cetakan.

2. Material yang mudah didapat : Sebagian besar dari material- material pembentuknya, biasanya tersedia dilokasi dengan harga murah atau pada tempat yang tidak terlalu jauh dari lokasi konstruksi. 3. Kekuatan tekan tinggi : Seperti juga kekuatan tekan pada batu

alam, yang membuat beton cocok untuk dipakai sebagai elemen yang terutama memikul gaya tekan, seperti kolom dan konstruksi busur. 4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari

kelebihan beton.

Beton normal diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu beton normal dan beton ringan. Beton normal adalah beton yang memiliki densitas 2,2 ��/�3–

2,5 ��/�3eton ringan adalah beton yang memiliki densitas kurang dari 1,9��/

�3_{. Beton ringan juga terbagi dalam dua jenis, yaitu :} 1. Beton Ringan Berpori

Beton ringan berpori adalah beton yang dibuat agar strukturnya terdapat banyak pori. Pori – pori yang timbul adalah akibat dari reaksi hidratasi dimana semen akan menimbulkan panas (reaksi eksotermal) sehingga menimbulkan gelembung – gelembung gas H2O dan CO2 yang nantinya menimbulkan jejak pori dalam beton yang sudah mengeras. Semakin banyak gas yang dihasilkan akan semakin banyak pori yang terbentuk dan beton akan semakin ringan.

2. Beton Ringan Tidak Berpori

Pada beton jenis tidak memiliki pori melainkan digantikan dengan agregat ringan yang ditambahkan pada saat pembuatannya. Agregat yang sering digunakan adalah batu apung, serat sintesis dan alami, slag baja, perlite dan lain – lain.

Beton semakin terus berkembang mengikuti perkembangan teknologi guna menanggulangi kekurangan yang terdapat pada beton normal. Berikut ini adalah jenis – jenis dari beton spesial:

a. Beton Ringan (Lightweight Concrete)

Beton jenis ini sering juga disebut beton ringan aerasi (Aerated Lightweight Concrete) atau Autoclaved Aerated Concrete (AAC). Tujuan penggunaan beton ringan adalah untuk mengurangi berat sendiri dari struktur sehingga komponen struktur pendukungnya seperti pondasi akan menjadi lebih hemat.

Beton ringan AAC pertama sekali dikembangkan di Swedia pada tahun 1923 sebagai alternatif material bangunan untuk mengurangi penggundulan hutan. Kemudian pada tahun 1943 Joseph Hebel mulai mengembangkannya di Jerman. Beton ini dianggap sempurna karena

materialnya yang ramah lingkungan, sifatnya kuat, tahan lama, mudah dibentuk, efisien dan berdaya guna tinggi. Di Indonesia sendiri beton ringan mulai dikenal sejak tahun 1995, saat didirikannya PT. Hebel Indonesia di Karawang Timur, Jawa Barat.

Pada prinsipnya pembuatan beton ringan ini adalah dengan membuat rongga udara di dalam beton. Ada tiga metode yang digunakan untuk membuat beton ringan, yaitu :

a. Dengan memberikan agregat yang ringan pada campuran beton ringan. Agregat yang digunakan seperti batu apung, sterofoam, batu alwa, atau abu terbang yang dijadikan batu.

b. Menghilangkan agregat halus (agregat halusnya disaring, contohnya debu/abu terbangnya dibersihkan).

c. Dengan meniupkan atau mengisi udara ke dalam beton. Metode ini terbagi lagi menjadi secara mekanis dan kimawi.

Keunggulan – keunggulan yang dimiliki beton ringan antara lain :

a. Memiliki nilai tahanan terhadap panas yang baik (Thermal insulation).

b. Memiliki nilai tahanan suara yang baik c. Tahan api (fire resistant)

d. Transportasi mudah

Beton ringan juga memiliki kekurangan, yaitu nilai kuat tekannya

(compressive strength) sehingga sangat tidak dianjurkan untuk penggunaan sebagai struktur. Aplikasi dari beton ringan dapat berupa batu beton, panel dinding, panel lantai, atap, serta kusen atau ambang pintu dan jendela.

b. Beton Mutu Tinggi

Beton mutu tinggi adalah beton yang memiliki kuat tekan lebih besar dari 40 MPa. Beton ini digunakan pada bangunan – bangunan dengan

tingkat keamanan yang tinggi seperti jembatan, gedung tinggi, reaktor nuklir dan lain-lain.

c. Beton dengan Workabilitas Tinggi (High Workability Concrete)

Beton dengan Workabilitas Tinggi adalah beton yang mudah mengalir tetapi memiliki mutu yang baik seperti beton normal atau mutu tinggi.

d. Beton Serat (Fiber Reinfoced Concrete)

Beton serat adalah beton yang materialnya ditambah dengan komponen serat yang berupa serat baja, plastik, kaca ataupun serat dari bahan alami.

e. Beton dengan Polimer (Polymers Concrete)

Beton polimer adalah beton yang menambahkan polimer sebagai bahan perekat tambahan pada campurannya sehingga dihasilkan beton dengan kuat tekan yang lebih tinggi dalam waktu yang lebih singkat dan tahan terhadap bahan kimia tertentu. Beton jenis ini cocok digunakan pada terowongan, tambang dan pekerjaan lain yang membutuhkan kekuatan beton dalam waktu singkat bahkan dalam hitungan jam.

f. Beton Berat (Heavyweight Concrete)

Kebalikan dari beton ringan adalah beton berat, dimana memiliki berat isi yang lebih tinggi dari pada beton normal yaitu sekitar 3.300 kg/m3 sampai dengan 3.800 kg/m3. Beton berat biasanya digunakan pada bangunan-bangunan seperti untuk perlindungan biologi, instalasi nuklir, unit kesehatan dan bangunan fasilitas pengujian dan penelitian atom.

g. Beton Besar (Mass Concrete)

Beton besar merupakan beton pada struktur masif dengan volume yang sangat besar seperti pada bendunga, pintu air maupun balok dan pilar besar dan masif.

h. Beton Dengan Pemadatan Roller (Roller Compacted Concrete)

Pada pekerjaan-pekerjaan besar dan khusus seperti jalan berbahan beton dan bendungan, pemadatan beton harus dilakukan dengan menggunakan roller vibrator. Untuk pemadatan dengan roller, campuran beton harus cukup kering agar roller tidak tenggelam tetapi tetap harus memiliki sifat basah agar distribusi bahan perekat (semen) ke seluruh permukaan agregat menjadi rata.

2.3 Polimer

Dalam dunia industri konstruksi polimer merupakan bahan yang sangat bermanfaat. Polimer sebagai bahan kontruksi bangunan dapat digunakan baik berdiri sendiri, misalnya sebagai perekat, pelapis, cat, dan sebagai glazur maupun bergabung dengan bahan lain membentuk komposit. Untuk aplikasi struktur yang memerlukan kekuatan dan ketegaran, diperlukan perbaikan sifat mekanik polimer agar memenuhi syarat. Untuk kebutuhan tersebut, berkembanglah komposit polimer yang disertai penguat oleh berbagai filler di antaranya serat [9].

Polimer adalah rangkaian atom yang panjang dan berulang-ulang dan dihasilkan daripada sambungan beberapa molekul lain yang dinamakan monomer [10]. Molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer. Monomer adalah sembarang zat yang dapat dikonversi menjadi suatu polimer. Polimer saat ini penggunaannya telah berkembang dengan sangat pesat. Berdasarkan pada kegunaanya polimer digolongkan tiga macam, yaitu :

a. Polimer Komersial (Commodity Polymers)

Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari. Yang termasuk dalam jenis polimer ini adalah polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS), polivinilklorida (PVC), melamin formaldehid.

b. Polimer Teknik ( Engineering polymers)

Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang uggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang transportasi, bahan bangunan, barang-barang listrik, mesin-mesin industri, dan barang-barang konsumsi. Yang termasuk dalam polimer jenis ini antara lain adalah nilon, polykarbonat, polisulfon, dan poliester.

c. Polimer fungsional

Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil. Yang termasuk dalam polimer jenis ini adalah kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolimer.

Polimer terbagi menjadi beberapa jenis, yaitu : 1. Polimer termoplastik

Polimer jenis ini bila dipanaskan berubah sifat menjadi plastik dan mudah mengalir sehingga dapat dibentuk dengan cara dicetak.

2. Polimer termosetting

Polimer termosetting merupakan polimer yang mengeras apabila dipanaskan. Polimer jenis ini cocok digunakan untuk pelapisan (coating) Contoh dari jenis polimer ini antara lain vulcanized rubber, duroplast,

melamine, poliester resin, dan epoxy resin.

3. Elastomer

Elastomer berasal dari bentuk elastic (kemampuan suatu material untuk kembali ke bentuk awalnya apabila beban yang diberikan padanya dihilangkan). Contoh dari polimer ini adalah natural rubber, polyisoprene, butyl rubber, dan nitrile rubber.

2.4 Material Komposit

Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih yang tetap terpisah dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk

komponen tunggal [11]. Dapat juga dikatakan bahwa komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun sifat fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut [12]. Material komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari pada logam, memiliki kekuatan bisa diatur yang tinggi (tailorability), memiliki kekuatan lelah (fatigue) yang baik, memiliki kekuatan jenis (strength/weight) dan kekakuan jenis (modulus Young/density) yang lebih tinggi daripada logam, tahan korosi, memiliki sifat isolator panas dan suara, serta dapat dijadikan sebagai penghambat listrik yang baik, dan dapat juga digunakan untuk menambal kerusakan akibat pembebanan dan korosi. Secara umum material komposit tersusun dari dua komponen utama, yaitu matrik (bahan pengikat) dan filler (bahan pengisi). Filler adalah bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit, biasanya berupa serat atau serbuk. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.1.

+

Gambar 2.1. Fasa – fasa pembentuk komposit Keterangan gambar :

1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, pelindung permukaan filler, dan media transfer tegangan.

2. Penguat/ serat merupakan unsur penguat kepada matriks.

3. Komposit merupakan gabungan dua atau lebih bahan yang terpisah.

Matriks biasanya memiliki kerapatan/densitas, kekukuhan dan kekuatan yang lebih rendah dibandingkan dengan serat. Tetapi jika matriks dan serat digabungkan bisa mempunyai kekuatan dan ketegaran yang tinggi meskipun kerapatannya masih rendah. Matriks yang sering digunakan untuk membuat komposit adalah dari bahan polimer, namun selain itu dapat juga digunakan dari bahan keramik dan logam. Polimer banyak digunakan karena tidak korosif, ringan, mempunyai bentuk yang kompleks, dan biayanya yang murah. Ada tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu:

Komposit Penguat/ Serat

1. Material pembentuk. Sifat-sifat intrinsik material pembentuk memegang peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat kompositnya.

2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran tiap-tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya merupakan faktor penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit secara keseluruhan.

3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan campuran atau kombinasi komponen-komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya maupun bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti akan berbeda.

Sifat bahan komposit sangat dipengaruhi oleh sifat dan distribusi unsur penyusun, serta interaksi antara keduanya. Parameter penting lain yang mungkin mempengaruhi sifat bahan komposit adalah bentuk, ukuran, orientasi dan disribusi dari penguat (filler) dan berbagai ciri-ciri dari matriks. Sifat mekanik merupakan salah satu sifat bahan komposit yang sangat penting untuk dipelajari. Untuk aplikasi struktur, sifat mekanik ditentukan oleh pemilihan bahan. Sifat mekanik bahan komposit bergantung pada sifat bahan penyusunnya. Peran utama dalam komposit berpenguat serat adalah untuk memindahkan tegangan (stress) antara serat, memberikan ketahanan terhadap lingkungan yang merugikan dan menjaga permukaan serat dari efek mekanik dan kimia. Sementara kontribusi serat sebagian besar berpengaruh pada kekuatan tarik (tensilestrength) bahan komposit.

Secara umum serat yang sering digunakan sebagai filler (penguat) adalah serat buatan seperti serat gelas, karbon, dan grafit. Serat buatan ini memiliki keunggulan tetapi biayanya tinggi jika dibandingkan dengan serat dari alam. Pemakaian serat alam yaitu serat tandan kosong kelapa sawit sebagai pengganti serat buatan akan menurunkan biaya produksi. Hal ini dapat dicapai karena murahnya biaya yang diperlukan bagi pengolahan serat alam dibandingkan dengan serat buatan. Walaupun sifat-sifatnya kalah dari segi keunggulan dengan serat buatan, tetapi harus diingat bahwa serat alam lebih murah dalam hal biaya produksi dan dapat terus diperbaharui.

2.4.1 Klasifikasi Material Komposit

Berdasarkan pada matrik penyusunnya komposit terdiri dari beberapa jenis material komposit, yaitu :

1. Metal Matrix Composite (MMC)

Terdiri dari matrik logam seperti aluminium, timbal, tungsten, molibdenum, magnesium, besi, kobalt, tembaga dan keramik tersebar.

2. Ceramic Matrix Composite (CMC)

Terdiri dari matrik keramik dan serat dari bahan lainnya.

3. Polymers Matrix Composite

Terdiri dari matrik termoset seperti polyester tidak jenuh dan epoxiy atau termoplastik seperti Polycarbonate, polivinilklorida,

nylon, polysterene dan kaca, karbon, baja, serbuk kayu atau serat kevlar.

4. Concrete foam (CMC)

Terdiri dari matrik beton ditambah beberapa matrik material serbuk filler, pozolanic, serbuk/ serat kayu, serat bambu, stereofoam, baja, sebuk kertas, dan batu apung [13].

Berdasarkan pada bahan penguatnya maka material komposit dapat diklasifikasikan menjadi menjadi komposit serat, komposit lamina, komposit partikel, dan komposit serpihan. Komposit diklasifikasikan seperti yang terlihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Klasifikasi Struktur Komposit (Calliester, 1994)

1. Komposit Serat (Fiber Reinforced Composite)

Komposit serat adalah jenis komposit yang menggunakan serat sebagai penguat. Serat yang digunakan umumnya berupa serat gelas, serat karbon, serat aramid, serat alami dan sebagainya. Serat yang digunakan dapat disusun secara acak maupun dengan pola tertentu yang menyerupai anyaman.

Kekuatan dari komposit jenis ini sangat bergantung pada serat yang digunakan. Dalam meningkatkan kekuatan komposit maka komponen penguat dari komposit harus mempunyai rasio aspek yang besar, yaitu rasio panjang terhadap diameter harus tinggi agar beban yang ditransfer melewati titik dimana yang mungkin mengalmi perpatahan. Tegangan yang yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik dan akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban maksimum. Oleh sebab itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi dari pada matrik penyusun komposit.

Composite

Structural Particle -

Reinforced

Fiber - Reinforced

Laminates Sanwidch Panel Large -

Particl

Disper sion-Streng thened

Continous (Aligned)

Disontinous (Short)

Randomly Aligned

Komposit yang diperkuat dengan serat terbagi menjadi dua, yaitu:

a. Komposit Serat Pendek (Short Fiber Composite)

Komposit serat pendek terbagi menjadi dua bagian yaitu serat acak (inplane random orientasi) dan serat satu arah. Tipe serat acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya produksinya yang lebih murah. Kekurangan dari susunan serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.

b. Komposit Serat Panjang (Long Fiber Composite)

Kelebihan dari komposit serat panjang adalah lebih mudah diorientasikan, jika dibandingkan dengan serat pendek. Secara teoritis serat panjang dapat menyalurkan pembebanan atau tegangan dari suatu titik pemakaiannya.

Perbedaan serat panjang dan serat pendek yaitu serat pendek dibebani secara tidak langsung atau kelemahan matrik akan menentukan sifat produk komposit tersebut yakni jauh lebih kecil dibandingkan dengan besaran yang terdapat pada serat panjang.

2. Komposit Partikel (Particle Reinforced)

Merupakan komposit yang diperkuat partikel, penguat dalam satu atau lebih partikel yang tersebar diikat oleh matriks yang berbeda fasa. Komposit partikel diperkuat oleh logam, polymer, keramik. Komposit partikel terdiri dari partikel besar dan partikel kecil. Partikel Besar (Large Particle), merupakan hubungan antar matriks dan partikel merupakan suatu rangkaian kesatuan yang memiliki sifat-sifat bahan fasa partikel lebih keras dan lebih kaku dari pada fasa matriks. Sebagai contoh bahan campuran semen dan kerikil. Partikel Kecil (Dispersion Strengthened), hubungan antar matriks dan partikel bukan merupakan suatu rangkaian kesatuan

yang memiliki sifat lebih kuat dan kaku dibandingkan komposit partikel besar.

3. Komposit/Struktur Laminat

Komposit yang terdiri dari dua bahan yang berlainan (lamina), terdiri atas susunan fasa penguat dan matriks dalam bentuk lamina bisa dalam arah searah, dan tegak lurus atau arah tidak beraturan tergantung pada keperluan terhadap beban. Arah serat tentunya akan mempengaruhi kekuatan dan kemampuan serat menahan beban pada suatu komposit [14].

2.4.2 Material Concrete foam

Material komposit concrete foam terdiri dari semen, pasir, air,

blowing agent, dan serat TKKS. Blowing Agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Polyol dan Isocyanate.

1. Semen

Material semen adalah material yang mempunyai sifat-sifat adhesif dan kohesif yang diperlukan untuk mengikat agregat-agregat menjadi suatu massa yang padat yang mempunyai kekuatan yang cukup. Semen merupakan hasil industri dari paduan bahan baku : batu gamping/kapur sebagai bahan utama, yaitu bahan alam yang mengandung senyawa Calcium Oksida (CaO), dan lempung/tanah liat yaitu bahan alam yang mengandung senyawa: Silika Oksida (SiO2), Alumunium Oksida (Al2O3), Besi Oksida (Fe2O3) dan Magnesium Oksida (MgO) atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk (bulk), tanpa memandang proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air. Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh,

sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai.

Fungsi utama dari semen adalah untuk mengikat partikel agregat yang terpisah sehingga menjadi satu kesatuan. Bahan dasar pembentuk semen adalah :

1. 3CaO.SiO2 (tricalcium silikat) disingkat C3S (58% - 69%)

2. 2CaO.SiO2 (dicalcium silikat) disingkat C2S (8% - 15%) 3. 3CaO.Al2O3 (tricalcium aluminate) disingkat C3A (2% -

15%)

4. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (tetracalcium alummoferrit) disingkat C4AF(6-14%)

Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran mortar. Kandungan semen hidraulis yang tinggi akan memberikan banyak keuntungan, antara lain dapat membuat campuran mortar menjadi lebih kuat, lebih padat, lebih tahan air, lebih cepat mengeras, dan juga memberikan rekatan yang lebih baik. Kerugiannya adalah dengan cepatnya campuran mortar mengeras, maka dapat menyebabkan susut kering yang lebih tinggi pula. Mortar dengan kandungan hidrulik rendah akan lebih lemah dan mudah dalam pergerakan .

2. Air

Air diperlukan pada pembuatan beton untuk memicu proses kimiawi semen, membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Air digunakan untuk membuat adukan menjadi bubur kental dan juga sebagai bahan untuk menimbulkan reaksi pada bahan lain untuk dapat mengeras. Oleh karena itu, air

sangat dibutuhkan dalam pelaksanaan pengerjaan bahan. Tanpa air, konstruksi bahan tidak akan terlaksana dengan baik dan sempurna. Nilai banding berat air dan semen untuk suatu adukan beton dinamakan water cement ratio (w.c.r). Air yang dapat digunakan dalam proses pencampuran beton adalah sebagai berikut:

a. Air yang digunakan pada campuran beton haruslah bersih dan bebas dari bahan – bahan yang merusak yang mengandung oli, asam, alkali, garam, bahan organik, atau bahan – bahan lainnya yang merugikan terhadap beton. b. Air pencampur yang digunakan pada beton prategang atau

pada beton yang di dalamnya tertanam logam aluminium, termasuk air bebas yang terkandung dalam agregat, tidak boleh mengandung ion klorida dalam jumlah yang membahayakan.

3. Pasir

Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya digunakan untuk mengisi bagian terbesar dari beton yang mana mengisi 75 % bagian dari beton. Semakin besarnya ukuran agregat yang digunakan maka akan semakin mengurangi jumlah semen yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi panas yang timbul pada saat pencampuran air dan hubungan antara thermal stresses

dan shrinkage cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa ukuran agregatnya lebih dari 40mm dan untuk kekuatan diantara 30 MPa agregat yang digunakan berukuran 20 mm.

4. Blowing Agent

Blowing agent adalah material yang digunakan untuk menghasilkan struktur berongga pada komposit yang dibentuk. Jenis blowing agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah

polyurethane. Polyurethane adalah suatu jenis polimer yang mengandung jaringan urethane yaitu -NH-CO-O. Polyurethane

dibentuk oleh reaksi senyawa isosianat yang bereaksi dengan senyawa yang memiliki hydrogen aktif seperti diol (polyol). Unsur nitrogen yang bermuatan negatif pada isosianat akan tertarik ke arah unsur oksigen yang bermuatan positif pada kelompok alkohol (polyol) akan membentuk ikatan urethane antara dua unit monomer dan menghasilkan dimer urethane. Reaksi isosianat ini akan membentuk amina dan gas karbon dioksida (CO

2). Gas ini yang kemudian akan membentuk busa pada material polymer yang terbentuk. Material yang terbentuk dari campuran Blowing Agent

dan polymer disebut dengan material Polymeric Foam. Material

Polymeric Foam banyak ditemukan sebagai busa kaku dan fleksibel yang digunakan sebagai pelapis atau perekat material.

5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

Penguat komposit yang digunakan ialah dari bahan TKKS yang kemudian dibentuk menjadi ukuran halus dan dicampurkan dalam matriks. Ukuran serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18cm dan serat ini dihaluskan lagi hingga mencapai ukuran 0,1-0,8mm. Bahan-bahan penyusun TKKS dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit No Bahan-Bahan Kandungan Komposisi (%)

1. Uap air 5.40

2. Protein 3.00

3 Serat 35.00

4. Minyak 3.00

5. Kelarutan air 16.20

6. Kelarutan unsur alkali 1 % 29.30

Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit (lanjutan)

No Bahan-Bahan Kandungan Komposisi (%)

8. K 1,71

9. Ca 0,14

10. Mg 0,12

11. P 0,06

12. Mn, Zn, Cu, Fe 1,07

TOTAl 100,00

Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan limbah dari tandan kosong kelapa sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif dan asam lemak yang sangat tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik material yang dibentuk. Tandan kosong kelapa sawit segar dari hasil pabrik kelapa sawit umumnya memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%, sedangkan bagian lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,19%, selulose 44,14% dan hemiselulose 19,28%. Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong kelapa sawit terlebih dahulu direndam kedalam larutan NaOH 1% selama sehari, kemudian dicuci dengan air bersih dan dikeringkan pada suhu kamar selama kurang lebih 3 hari. Gambar serat TKKS yang telah dihaluskan dapat dilihat pada Gambar 2.3.

2.5 Densitas

Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau sering didefenisikan sebagai perbandingan antara massa (m) dengan volume (v). Untuk pengukuran densitas dan penyerapan air beton digunakan metode Archhimedeas. Untuk pengukuran densitas beton digunakan metode Archimedes. Rumus untuk menghitung besarnya densitas adalah sebagai berikut :

ρ = m/V atau m = ρ x V atau V = m/ρ.........(2.1)

Keterangan :

ρ = Massa jenis zat (kg/m3 atau g/cm3 ) m = Massa benda (kg atau g)

V = Volume benda (m3 atau cm3 )

2.6 Teori Elastisitas

Elastisitas adalah pokok bahasan yang sangat menarik dan bagus yang berhubungan dengan stress, strain dan distribusi perpindahan pada sebuah benda padat yang elastis yang disebabkan oleh gaya luar. Dalam bahasa yang lebih sederhana lagi elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada benda tersebut dihilangkan. Teori elastisitas dapat digunakan pada banyak bidang keteknikan dan bidang ilmiah lainnya. Terkhusus pada teknik mesin teori elastisitas banyak sekali digunakan di dalam desain dan analisa elemen mesin, seperti analisa tegangan, tegangan kontak, analisa thermal stress, fracture mechanics, dan kelelahan.

1. Tegangan

Tegangan adalah besarnya gaya-gaya yang diterima per satuan luas permukaan dari suatu benda. Tegangan normal rata-rata adalah intensitas dari gaya atau gaya persatuan luas dengan perlakuan normal terhadap luas permukaan. Tegangan normal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.1).

�= �_�...(2.1) Dimana:

σ = tegangan normal rata-rata pada sembarang titik di luas permukaan (Pa) F = resultan gaya normal (N)

A = Luas Permukaan (m2)

Gaya internal F yang melalui garis sumbu mengakibatkan distribusi tegangan merata akan tidak menghasilkan momen atau dalam kalimat matematika seperti pada persamaan (2.2) dan (2.3).

(�_�)�= ∑�_� ; 0 =∫_����=∫_����� =�∫_����...(2.2)

(�_�)� = ∑�_� ; 0 =−∫_���� = −∫_�����=−�∫_����...(2.3) Pada penelitian ini pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik tidak langsung atau Brazillian test. Pengujian tarik yang dilakukan adalah dengan memberikan tegangan tarik pada beton secara tidak langsung. Benda uji silinder direbahkan dan ditekan sehingga terjadi tegangan tarik pada beton. Tegangan tarik tidak langsung dihitung dengan persamaan (2.4) sebagai berikut :

�= 2�

�ℓ�...(2.4) Dimana:

σ = Kuat tarik beton (MPa) F= Gaya (N)

ℓ= Panjang benda uji (m) D= Diameter benda uji (m)

2. Regangan

Regangan normal adalah pemanjangan atau penyusutan dari sebuah bagian garis per satuan panjang. Regangan normal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.4).

� =∆�′−∆�

∆� ...(2.5)

Dimana :

ε = Regangan Normal

Δs’-Δs = Perubahan panjang (m) Δs = Panjang mula-mula (m) 3. Hukum Hooke

Hubungan linear antara tegangan dan regangan umumnya disebut juga sebagai hukum Hooke. Besarnya regangan yang terdapat pada suatu bidang segiempat yang mendapatkan tegangan normal �_� yang terdistribusikan secara merata pada kedua ujungnya seperti pada pengujian tarik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.5).

�� =�_��...(2.6) Dimana:

E = Modulus Elastisitas (Pa)

�� = Tegangan normal (Pa)

�� = Regangan

Penjabaran lebih lanjut dari persamaan (2.5) pada sumbu x dengan regangan lateral dapat dilihat pada persamaan (2.6).

�� = −��_�� �� = −��_��...(2.7) Dimana v adalah sebuah konstanta yang disebut juga sebagai poison rasio. Poison rasio untuk material pada umumnya sama dengan 0,25 dan untuk baja struktur biasanya digunakan 0,3.

Untuk kasus lain dimana regangan mengalami superposisi pada tiga dimensi maka akan dihasilkan persamaan (2.7), (2.8) dan (2.9).

�� =_�1��� − ���� +����...(2.8)

�� = 1_���� − �(��+��)�...(2.9)

�� =_�1��� − ���� +����...(2.10) Hubungan linear antara tegangan dan regangan dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut ini.

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu 3.1.1 Tempat

Pelaksanaan kegiatan penelitian ini dapat dilihat dengan terperinci pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Lokasi dan Aktifitas Penelitian

No. Waktu Kegiatan Lokasi Penelitian

1. Oktober Pengolahan Serat Lab. Impak Unit 1 2. November – Desember Pembuatan Spesimen Lab. Impak Unit 1

3. Januari Pengujian Tarik

belah

Lab. Impak Unit 2

4. Februari – April Pengolahan data uji tarik belah

Lab. Impak Unit 2

3.1.2 Waktu

Waktu penelitian direncanakan selama enam bulan dimulai pada bulan Oktober 2012 sampai April 2013.

3.2 Metode Pembuatan Spesimen 3.2.1 Persiapan Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan spesimen uji beton ringan (concrete foam) adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 3.2. Alat dan bahan ini digunakan mulai dari proses pembuatan serat sampai pada proses pembuatan spesimen uji. Bahan yang digunakan pada pembuatan spesimen dapat dengan

mudah ditemukan di pasaran dengan harga yang relatif murah. Untuk bahan baku TKKS diperoleh dari pabrik pengolahan kelapa sawit.

Tabel 3.2 Alat dan Bahan

No. Nama Alat Jenis Jumlah Satuan Keterangan

1. Gunting 1 Buah

2. Ayakan 2 Buah

3. Ember plastik 3 Buah

4. Cetakan 3 Buah

5. Timbangan 1 Unit

6. Sendok plastik - - Secukupnya

7. Sekop 1 Buah

8. Gelas Ukur 1 Buah

9. Gelas plastik - - Secukupnya

10. Oli 1 Kaleng

11. Mesin penghalus serat

1 Unit

12. Alat Pengering 1 Unit

13. Sarung Tangan Karet 1 Pasang

Bahan

1. Serat TKKS - Gr Secukupnya

2. Semen - Gr Secukupnya

3. Air - Gr Secukupnya

4. Pasir - Gr Secukupnya

5. NaOH - Ml Secukupnya

6. Polyurethane - Gr Secukupnya

3.2.1.1 Peralatan

Peralatan yang digunakan selama proses pembuatan spesimen adalah sebagai berikut:

1. Gunting

Gunting digunakan untuk memperkecil ukuran serat TKKS. Gambar gunting dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3. 1 Gunting 2. Ayakan

Ayakan digunakan untuk menyaring pasir dan serat TKKS. Pasir dan serat TKKS yang digunakan adalah yang telah melewati tahap pengayakan. Gambar dari ayakan dapat dilihat pada Gambar 3.2.

. Gambar 3.2 Ayakan 3. Ember plastik

Ember plastik berfungsi sebagai wadah perendaman TKKS pada saat mengilangkan asam lemak dengan menggunakan air dan NaOH. Keranjang plastik yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.3.

4. Cetakan

Cetakan terbuat dari besi carbon. Cetakan yang dibuat berbentuk silinder dengan ukuran diameter 53 mm dan tinggi 150 mm. Cetakan yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.4

Gambar 3.4 Cetakan 5. Timbangan

Timbangan berfungsi untuk mengukur berat bahan penyusun yang akan digunakan sebagai campuran pembuat beton ringan dan perubahan berat dari spesimen uji beton ringan selama 28 hari. Timbangan yang digunakan seperti pada Gambar 3.5.

Gambar 3. 5 Timbangan 6. Sendok Plastik

Sendok plastik berfungsi sebagai pengaduk bahan campuran dari beton ringan. Sendok plastik dipilih untuk sekali pemakaian saja untuk mempercepat proses pengerjaan tanpa perlu harus dibersihkan. Gambar untuk sendok plastik dapat dilihat pada Gambar 3.6.

7. Sekop

Sekop berfungsi untuk mengeruk pasir. Gambar sekop dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Sekop 8. Gelas ukur

Gelas ukur berfungsi untuk menghitung volume dari spesimen uji beton ringan. Gelas ukur yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Gelas ukur 9. Gelas Plastik

Gelas plastik berfungsi untuk wadah bahan – bahan campuran yang akan ditimbang dan wadah pencampuran seluruh bahan – bahan campuran dari pembuatan beton ringan. Gambar gelas plastik yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.9 di bawah ini.

Gambar 3.9 Gelas Plastik 10.Oli

Oli berfungsi sebagai bahan pelapis antara cetakan dengan campuran dari bahan – bahan pembuatan beton ringan dimana juga untuk mempermudah

mengeluarkan spesimen uji beton ringan dari cetakan. Oli yang digunakan seperti pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Oli

11.Mesin Penghalus Serat

Mesin penghalus serat digunakan untuk menghaluskan serat TKKS menjadi berukuran 0,1 – 0,8 mm. Spesifikasi mesin penghalus serat dapat dilihat pada tabel 3.3 dan gambar dari mesin penghalus serat dapat dilihat pada gambar 3.11 di bawah ini.

Gambar 3. 11 Mesin penghalus serat Tabel 3.3. Spesifikasi mesin penghalus serat

No. Spesifikasi Satuan Besaran

1. Jenis Motor Listrik Induksi

2. Daya Keluaran HP/kW 1 / 0,75

3. Frekuensi Hz 50

4. Voltage V 220

5. Arus Listrik A 8

6. Putaran Mesin Rpm 1450

7. Fase 1

8. Suhu Operasi oC 60

12.Alat Pengering

Alat Pengering berfungsi untuk pengering dari serat TKKS yang sudah direndam dan spesimen uji beton ringan. Alat pengering ini dibuat dengan

menggunakan 10 buah lampu pijar 80 watt dan kotak dari aluminium seperti yang terlihat pada Gambar 3. 12 di bawah ini.

Gambar 3.12 Alat pengering 13.Sarung Tangan Karet

Sarung tangan plastik berfungsi sebagai pelindung tangan. Sarung tangan plastik yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Sarung tangan karet 3.2.1.2 Bahan

Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan spesimen beton ringan (concrete foam) adalah sebagai berikut:

1. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit

Serat tandan kosong kelapa sawit berfungsi sebagai penguat matriks komposit concrete foam diperoleh dari hasil pengolahan tandan kosong kelapa sawit yang diolah menjadi serat berdasarkan proses – proses tertentu. Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang digunakan adalah bahan yang memiliki nilai ekonomi yang rendah. TKKS ini biasanya dibuang saja agar dapat berfermentasi dan menjadi pupuk. TKKS ini banyak ditemukan di daerah Sumatera Utara.

2. Semen

Semen adalah material bangunan yang tidak tergantikan penggunaannya dalam dunia konstruksi. Semen yang umumnya digunakan adalah semen portland. Material semen adalah material yang mempunyai

sifat-sifat adhesif dan kohesif yang diperlukan untuk mengikat agregat-agregat menjadi suatu massa yang padat yang mempunyai kekuatan yang cukup. Semen merupakan hasil industri dari paduan bahan baku : batu gamping/kapur sebagai bahan utama, yaitu bahan alam yang mengandung senyawa Calcium Oksida (CaO), dan lempung/tanah liat yaitu bahan alam yang mengandung senyawa: Silika Oksida (SiO2), Alumunium Oksida (Al2O3), Besi Oksida (Fe2O3) dan Magnesium Oksida (MgO) atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk (bulk), tanpa memandang proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air. Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh, sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai.

Fungsi utama dari semen adalah untuk mengikat partikel agregat yang terpisah sehingga menjadi satu kesatuan. Bahan dasar pembentuk semen adalah:

1. 3CaO.SiO2 (tricalcium silikat) disingkat C3S (58% - 69%) 2. 2CaO.SiO2 (dicalcium silikat) disingkat C2S (8% - 15%) 3. 3CaO.Al2O3 (tricalcium aluminate) disingkat C3A (2% - 15%) 4. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (tetracalcium alummoferrit) disingkat

C4AF(6-14%)

Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran mortar. Kandungan semen hidraulis yang tinggi akan memberikan banyak keuntungan, antara lain dapat membuat campuran mortar menjadi lebih kuat, lebih padat, lebih tahan air, lebih cepat mengeras, dan juga memberikan rekatan yang lebih baik. Kerugiannya adalah dengan cepatnya campuran mortar mengeras, maka dapat menyebabkan susut kering yang lebih tinggi pula. Mortar dengan kandungan hidrulik rendah akan lebih lemah dan mudah dalam pergerakan .

3. Air

Air adalah bahan yang sangat penting dan sangat murah dari seluruh bahan campuran pembuatan beton. Air berfungsi sebagai matriks pengikat antara semen dan agregat. Umumnya semen membutuhkan air sebanyak 3/10 dari beratnya. Tetapi beton dengan perbandingan air dan semennya seperti ini memeliki sifat yang sangat keras. Perbandingan semen dan air akan sangat mempengaruhi dari kualitas beton tersebut.

Air yang digunakan pada campuran beton harus bersih dan bebas dari bahan-bahan merusak yang mengandung oli, asam, alkali, garam, bahan organik, atau bahan-bahan lainnya yang merugikan terhadap beton.

Air pada penelitian ini juga digunakan sebagai bahan untuk membersihkan TKKS dari material-material yang tidak diinginkan. Kotoran yang mungkin ada pad TKKS adalah jamur, pasir, debu dan tanah.

4. Pasir

Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya digunakan untuk mengisi bagian terbesar dari beton yang mana mengisi 75 % bagian dari beton. Semakin besarnya ukuran agregat yang digunakan maka akan semakin mengurangi jumlah semen yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi panas yang timbul pada saat pencampuran air dan hubungan antara thermal stresses dan shrinkage cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa ukuran agregatnya lebih dari 40mm dan untuk kekuatan diantara 30 MPa agregat yang digunakan berukuran 20 mm.

5. NaOH

NaOH berfungsi untuk menghilangkan asam lemak yang terikat pada TKKS sebelum diproses menjadi serat.

6. Polyurethane

Polyurethane berfungsi sebagai bahan penghasil foam atau sering disebut juga sebagai blowing agent. Polyurethane adalah campuran dari dua larutan

3.3 Proses Pembuatan Serat TKKS

Proses pembuatan serat TKKS dikerjakan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Pembersihan TKKS dengan menggunakan air bersih untuk menghilangkan kotoran besar yang menempel, seperti pasir, tanah, dll, 2. TKKS direndam dalam air dan larutan NaOH 1M 1% dengan

perbandingan selama lebih kurang 1 hari untuk mengikat lemak yang masih tersisa pada permukaannya.

3. TKKS dikeringkan dengan menggunkan sebuah alat pengering. Tujuan proses ini ialah untuk menurunkan kadar air yang terkandung sehingga kondisi TKKS cukup kering untuk diolah menjadi serat.

4. TKKS dicacah menggunakan gunting serat sehingga menjadi serat yang berukuran 1 cm – 5 cm.

5. Selanjutnya serat hasil pencacahan TKKS tersebut dihaluskan dengan menggunakan mesin penggiling hingga menjadi serat halus dengan ukuran berkisar 0,1 mm s.d. 0,8 mm .

Diagram alir proses pembuatan serat TKKS tersebut diatas secara ringkas diperlihatkan pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Diagram alir pembuatan serat TKKS

Pengeringan TKKS pada suhu 300 s.d. 500C selama lebih

kurang 1 hari Perendaman TKKS

pada larutan 1% NaOH selama 1 hari Pembersihan TKKS

dengan menggunakan air bersih

Penghalusan serat menjadi ukuran 0,1 s.d. 0,8 mm dengan mesin penggiling

Pencacahan TKKS menjadi ukuran 1 s.d.

5 cm dengan mesin pencacah TKKS

3.4 Metode Pembuatan Concrete Foam

Pada penelitian metode yang dipakai untuk pembuatan spesimen adalah dengan dituang. Spesimen yang akan dibuat dalam bentuk silinder seperti pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Spesimen silinder

Spesifikasi dari spesimen yang akan dibuat oleh peneliti adalah memiliki tinggi 75 mm dan diameternya 53 mm. Adapun proses pembuatan spesimen dijelaskan sebagai berikut:

1. Semua alat dan bahan dipersiapkan

2. Semua bahan ditimbang menurut takarannya masing – masing. Perbandingan komposisi yang digunakan untuk bahan mortarnya sendiri adalah 1 : 2 : 0,5. Banyaknya material yang digunakan dari tiap komposisi dapat dilihat pada tabel 3.4 di bawah ini.

Tabel 3.4 Komposisi material beton ringan yang diperkuat serat TKKS No. Semen (gr) Pasir

(gr)

Air (gr)

Polyol

(gr)

Isocyanate

(gr)

Serat TKKS (gr)

1. 129 258 100 40 30 17

2. 129 258 80 40 30 10

3. 129 258 80 30 40 7

3. Permukaan dalam cetakan diolesi dengan oli. Hal ini bertujuan agar mempermudah pada saat pembongkaran.

4. Pasir dan semen terlebih dahulu dicampur hingga merata.

5. Pasir dan semen kemudian dicampurkan dengan air hingga seluruh bagian tercampur dengan air.

6. Setelah pasta tercampur (Pasir, semen, dan air) merata, maka dicampurkan dengan serat TKKS.

7. Kemudian polyol dicampurkan.

8. Kemudian Isocyanate dicampurkan. Campuran tersebut diaduk selama ± 10 detik hingga terjadi perubahan suhu.

9. Pasta dapat dituangkan pada cetakan.

10.Cetakan yang sudah berisi campuran dari bahan – bahan tersebut dibiarkan selama 24 jam. Kemudian cetakan dibongkar.

11.Spesimen uji yang telah jadi dikeringkan selama 28 hari dan ditimbang perubahan massa yang terjadi setiap harinya.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat diagram alir proses pembuatan spesimen

concrete foam pada Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Diagram alir proses pembuatan concrete foam

Semua bahan ditimbang menurut

takarannya seperti pada tabel 3.4.

Permukaan dalam cetakan dioleskan dengan oli.

Pasir dan semen terlebih dicampur hingga merata seluruhnya. Kemudian air dicampurkan Pasta dicampurkan dengan polyol. Isocyanate dicampurkan hingga merata ± 10 detik hingga terasa panas timbul akibat reaksi.

Pasta dituangkan kedalam cetakan.

Setelah 1 hari cetakan dibongkar dan spesimen dikeringkan selama 28 hari.

3.5 Prosedur Pengujian Tarik Belah

Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji uji servo pulser yang terdapat di Laboratorium Impak dan Keretakan Magister Teknik Mesin-USU. Berikut ini akan dijelaskan prosedur pengujian tarik belah dengan menggunakan alat uji servo pulser.

1. Cek peralatan dari panel listrik, pompa air pendingin,perangkat hidrolik controler dlam keadaan siap beroperasi

2. Persiapkan spesimen uji

3. Hidupkan panel alat uji dalam panel elektrik,alat uji,PC 4. Hidupkan controller

5. Pada controller tekan HYD : Tekan pump 1, Tekan tombol load , Atur tekanan hydrolik 10 bar, Tekan tombol TEST

6. Pasang Spesimen pada grid dalam uji 7. Tekan tombol BTD,enter

8. Tekan tombol TD2,enter

9. Tekan lambang uji mode RAMP, enter

10.Atur pertambahan dan pengurangan langkah (stroke), TD2, enter 11.Atur kecepatan langkah,enter 0,1 mm/s

12.Aktifkan program UTM di PC 13.Atur ukuran spesimen d = 53 mm

14.Atur jenis pengujian compression tekanan 15.Atur jenis pengujian penampang round 16.Close

17.Atur beban tekan 2KN

18.Tekan tombol start pada pogram UTM di PC dan selanjut nya tekan tombol start pada controller

19.Proses pengujian akan berlangsung selama panjang stroke yang telah di atur

3.6 Kerangka Kegiatan

Adapun kerangka kegiatan yang dilakukan selama penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.17. Kegiatan penelitian dimulai dengan mempelajari segala literatur yang berkaitan dengan concrete foam seperti mengenai beton ringan, komposit, polimer, dan proses pembuatan concrete foam. Selanjutnya kegitan penelitian dilanjutkan dengan persiapan serat TKKS meliputi pembersihan TKKS hingga menjadi serat TKKS yang siap dipakai. Selanjutnya kegiatan penelitian mempersiapkan segala alat dan bahan yang diperlukan selama penelitian. Kegiatan penelitian berlanjut dengan proses pembuatan concrete foam. Setelah proses pembuatan concrete foam mendapatkan hasil yang baik, maka dilanjutkan dengan pengujian spesimen. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik belah. Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji servo pulser yang terdapat di Laboratorium Impak dan Keretakan Magister Teknik Mesin-USU. Dari hasil pengujian diperoleh data hasil pengujian yang kemudian akan dianalisa dan dibahas sehingga diperoleh hasil yang menjawab tujuan dari penelitian. Kemudian dapat disimpulkan hal-hal dari penelitian.

Gambar 3.17 Diagram alir penelitian Mulai

Studi literatur

Mempersiapkan serat TKKS

Alat dan Bahan

Pembuatan Spesimen

Pengujian Tarik belah

Hasil dan Pembahasan

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pendahuluan

Penelitian ini menitikberatkan kepada pembuatan material concrete foam

yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS), mencari komposisi dan karakteristik mekanik yang diakibatkan oleh beban statik. Pengujian statik yang dilakukan adalah pengujian kuat tarik tidak langsung yaitu kuat tarik belah berdasarkan SNI 03-2491-1991. Benda uji yang digunakan pada penelitian ini adalah berbentuk silinder dengan dimensi diameter 53 mm dan panjang 75 mm. Benda uji dibuat dengan ukuran yang disesuaikan dengan ukuran penampang bidang pada alat uji yang digunakan pada penelitian ini. Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji servo pulser yang terdapat di Laboratorium Impak dan Keretakan Magister Teknik Mesin-USU. Pada bab ini akan dibahas hasil – hasil yang diperoleh dari pengujian yang dilakukan.

4.2 Pembuatan Material Komposit Concrete foam

Pembuatan material komposit concrete foam dilakukan dengan metode penuangan secara langsung dengan cetakan pertama yang berukuran diameter 26 mm dan panjang 10 mm. Pada cetakan I material yang dihasilkan tidak maksimal akibat dari pengaruh proses penggelembungan polymeric foam yang tidak efektif sehingga campuran matriks dan serat melimpah dan keluar dari cetakan, yang mengakibatkan munculnya kekosongan yang sangat besar di dalam material. Seperti terlihat pada Gambar 4.1 di bawah ini. Cetakan I menggunakan 2 jenis yaitu cetakan I dengan menggunakan penutup dan tanpa penutup.

Gambar 4.1 benda uji dengan cetakan I

Pada cetakan II dibuat dengan ukuran diameter 53 mm dan panjang 150 mm dengan asumsi pada saat mencetak volume isi cetakan yang ideal adalah ¾ dari ketinggian cetakan, hal ini untuk memudahkan terjadinya pengembangan atau penggelembungan gas-gas. Setelah terjadi penggelembungan gas, material uji akan mengeras. Proses pengerasan yang terjadi dengan menggunakan alat pengering yang dibuat dari 10 buah lampu pijar 80 W. Pada dinding cetakan dilapisi dengan wax yang bertujuan untuk mempermudah saat melepaskan benda dari cetakan.

4.3 Komposisi Material

Nilai perbandingan material penyusun komposisi concrete foam yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada tabel 4.1. Pada penelitian ini persentase blowing agent yang digunakan berkisar antara 12,1% - 13,0%. Persentase blowing agent yang digunakan adalah hasil dari penelitian sebelumnya yang telah dilakukan.

Tabel 4.1 Komposisi Material Komposisi Semen

(%)

Pasir (%)

Air (%)

Blowing Agent (%)

Serat (%)

K1 22,5 44,9 17,4 12,2 3

K2 23,6 47,2 14,6 12,8 1,8

Pada tabel 4.2 dapat dilihat besarnya massa jenis (ρ) dari ketiga komposisi yang telah dibuat. Dari hasil penghitungan massa jenis dapat dilihat bahwa benda uji K1 memiliki massa jenis paling rendah. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan serat TKKS pada komposisi akan menurunkan nilai massa jenis material concrete foam tersebut.

Tabel 4.2 Massa jenis (ρ) tiap komposisi

No. Komposisi Massa (kg) Volume (m3) Massa Jenis (kg/m3)

1. K1 36 × 10−3 35 × 10−6 1029

2. K2 66 × 10−3 5 × 10−5 1320

3. K3 47 × 10−3 3 × 10−5 1567

4.4 Pengujian Tarik Belah

Pengujian material komposit concrete foam dengan menggunakan alat uji Servo Pulser. Spesimen benda uji mengikuti standar atau ukuran skala laboratorium. Hal ini disebabkan karena kondisi kemampuan alat uji untuk mengukur kekerasan dengan dimensi sebenarnya guna melindungi alat dari kerusakan. Hasil untuk pengujian tarik diperoleh dengan perhitungan gaya tarik dari hasil perbandingan antara beban yang diberikan (N) dengan pertambahan panjang (m) dan luas penampang A = 0,049 mm2. Pengujian yang dilakukan hanya sekali untuk setiap komposisi. Pengujian yang dilakukan setelah benda uji berumur 28 hari. Hasil dari pengujian yang telah dilakukan dapat dilihat sebagai berikut.

Pada grafik pengujian Gambar 4.2 di bawah ini menunjukkan bahwa material komposit concrete foam dengan komposisi satu mampu menahan tegangan maksimum hingga 21.215,08 Pa. Besarnya nilai modulus elastisitasnya sendiri sebesar 973,89 Pa yang diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.6). Nilai regangan yang diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.3) adalah 21,78.

Gambar 4.2 Grafik tegangan terhadap regangan K1

Untuk pengujian tarik belah pada material komposit yang menggunakan komposisi dua adalah seperti pada Gambar 4.3. Pada Gambar 4.3 di bawah terlihat jelas bahwa material komposit concrete foam dengan komposisi empat mampu menahan tegangan maksimumnya adalah 153.028,1 Pa. Nilai modulus elastisitasnya adalah sebesar 1,7 MPa dan regangan sebesar 0,08.

Gambar 4.3 Grafik tegangan terhadap regangan K2 0 5000 10000 15000 20000 25000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Te g an g an ( MP a) Regangan

Grafik Tegangan Terhadap Regangan

K1 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16

T e g an g an ( M P a) Regangan

Grafik Tegangan Terhadap Regangan

Untuk hasil pengujian tarik belah pada material komposit concrete foam

dengan komposisi tiga dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik tegangan terhadap regangan K3

Dari Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa material komposit concrete foam

dengan komposisi 3 mampu menahan tegangan maksimum sebesar 275.324,9 Pa. Nilai regangan dari benda uji dengan komposisi 4 adalah 0,11 dan modulus elastisitasnya sebesar 2,4 MPa seperti terlihat pada Gambar 4.4.

Dari data hasil pengujian uji tarik belah yang telah dilakukan dengan tiga komposisi yang disebutkan di atas maka dapat kita lihat perbandingan dari tiap komposisinya. Grafik yang menunjukkan perbandingan kekuatan dari ketiga komposisi dapat dilihat pada Gambar 4.5. Pada grafik Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa benda uji dengan komposisi K3 memiliki kekuatan yang paling besar.

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000

0 0,05 0,1 0,15

Te

g

an

g

an

(

P

a)

Regangan

Grafik Tegangan Terhadap Regangan

1704.22 0.006113 0.11534 273079.4 2367610.984

1677.76 0.006152 0.116075 268839.5 2316074.865

1666.882 0.006191 0.116811 267096.4 2286562.818

1668.45 0.006237 0.117679 267347.7 2271833.694

1640.324 0.006272 0.11834 262840.8 2221072.187

1634.15 0.006314 0.119132 261851.5 2197993.607

1607.69 0.006353 0.119868 257611.7 2149129.271

1592.108 0.006393 0.120623 255114.8 2114983.114

1587.404 0.006436 0.121434 254361.1 2094645.433

1588.972 0.006476 0.122189 254612.3 2083763.797

1592.108 0.006516 0.122943 255114.8 2075059.4

1584.268 0.006556 0.123698 253858.6 2052243.03

1601.418 0.006599 0.124509 256606.7 2060941.486

1607.69 0.00664 0.125283 257611.7 2056237.69

1599.85 0.006678 0.126 256355.4 2034566.714

1596.714 0.006716 0.126717 255852.9 2019089.312

1615.432 0.006758 0.127509 258852.2 2030063.292

1617 0.006797 0.128245 259103.5 2020374.294

1635.718 0.006838 0.129019 262102.8 2031507.456

1632.582 0.006877 0.129755 261600.3 2016113.899

1627.878 0.006917 0.130509 260846.5 1998679.52

1645.028 0.006958 0.131283 263594.6 2007834.694

1638.854 0.006997 0.132019 262605.3 1989149.733

1637.286 0.007041 0.132849 262354 1974828.054

1617 0.00708 0.133585 259103.5 1939616.395

1610.728 0.007118 0.134302 258098.5 1921778.405

1585.836 0.007158 0.135057 254109.8 1881506.239

1559.376 0.0072 0.135849 249870 1839320.594

1534.484 0.007244 0.136679 245881.3 1798966.214

1512.63 0.00728 0.137358 242379.5 1764576.188

1473.724 0.007362 0.138906 236145.3 1700041.125

1459.71 0.007404 0.139698 233899.8 1674323.055

1459.71 0.007447 0.140509 233899.8 1664655.284

1440.992 0.007484 0.141208 230900.5 1635184.927

1428.546 0.007525 0.141981 228906.1 1612229.299

1400.518 0.007565 0.142736 224415 1572240.02

1380.232 0.007605 0.143491 221164.4 1541316.962

1356.908 0.007646 0.144264 217427.1 1507145.543

1328.88 0.007686 0.145019 212935.9 1468332.695

1311.73 0.007727 0.145792 210187.9 1441692.447

1299.284 0.007768 0.146566 208193.6 1420476.187

1280.566 0.007808 0.147321 205194.2 1392840.051

1266.552 0.007851 0.148132 202948.7 1370052.255

1236.956 0.007894 0.148943 198206.3 1330749.2

1205.792 0.007931 0.149642 193212.7 1291170.314

1182.37 0.007971 0.150396 189459.6 1259736.396

1159.046 0.008012 0.15117 185722.2 1228566.916

1149.736 0.008055 0.151981 184230.4 1212192.714

1129.45 0.008091 0.15266 180979.9 1185506.372

1141.896 0.008135 0.153491 182974.2 1192087.348

1138.76 0.008176 0.154264 182471.7 1182851.991

1137.192 0.008217 0.155038 182220.4 1175329.382

1149.736 0.008259 0.15583 184230.4 1182251.158

1151.304 0.008296 0.156528 184481.7 1178583.494

1145.032 0.008337 0.157302 183476.7 1166398.377

1157.478 0.008378 0.158075 185471 1173306.491

1166.788 0.008417 0.158811 186962.8 1177263.586

1163.75 0.008457 0.159566 186476 1168644.576

1166.788 0.008496 0.160302 186962.8 1166316.808

1183.938 0.008541 0.161151 189710.9 1177224.583

1190.21 0.008616 0.162566 190715.9 1173159.303

1208.928 0.00866 0.163396 193715.2 1185554.787

1202.656 0.008698 0.164113 192710.2 1174251.445

1196.384 0.008736 0.16483 191705.2 1163046.437

1204.224 0.008777 0.165604 192961.4 1165199.432

1211.966 0.008817 0.166358 194202 1167370.408

1216.67 0.008856 0.167094 194955.7 1166740.507

1219.806 0.008898 0.167887 195458.2 1164226.413

1224.51 0.008938 0.168642 196212 1163485.754

1232.252 0.008977 0.169377 197452.5 1165755.279

1238.524 0.009018 0.170151 198457.6 1166361.78

1255.576 0.00906 0.170943 201189.9 1176938.832

1254.106 0.009096 0.171623 200954.4 1170908.283

1252.538 0.009136 0.172377 200703.1 1164324.145

1257.144 0.009176 0.173132 201441.2 1163511.57

1260.28 0.009217 0.173906 201943.7 1161225.438

1269.688 0.009256 0.174642 203451.2 1164964.666

1272.726 0.009297 0.175415 203938 1162602.278

1285.172 0.009338 0.176189 205932.3 1168816.865

1291.444 0.009377 0.176925 206937.3 1169636.054

1303.89 0.009416 0.17766 208931.6 1176016.971

1311.73 0.009455 0.178396 210187.9 1178208.095

1324.176 0.009495 0.179151 212182.2 1184376.625

1335.054 0.009532 0.179849 213925.2 1189471.068

1352.204 0.009575 0.18066 216673.3 1199340.551

1358.476 0.009614 0.181396 217678.3 1200015.724

1359.946 0.009656 0.182189 217913.9 1196088.986

1361.514 0.009693 0.182887 218165.1 1192897.1

1372.49 0.009734 0.18366 219923.9 1197448.739

1373.96 0.009775 0.184434 220159.4 1193703.336

1384.936 0.009854 0.185925 221918.2 1193592.911

1388.072 0.009895 0.186698 222420.7 1191338.781

1392.678 0.009935 0.187453 223158.8 1190479.518

1406.692 0.009979 0.188283 225404.3 1197156.917

1412.964 0.010017 0.189 226409.3 1197932.941

1417.668 0.010058 0.189774 227163.1 1197021.606

1420.706 0.010097 0.190509 227649.9 1194953.326

1420.706 0.010136 0.191245 227649.9 1190355.538

1423.842 0.010175 0.191981 228152.4 1188410.46

1433.152 0.010219 0.192811 229644.2 1191030.654

1433.152 0.010259 0.193566 229644.2 1186386.807

1442.56 0.0103 0.19434 231151.7 1189421.392

1447.264 0.010338 0.195057 231905.5 1188913.657

1456.574 0.010378 0.195811 233397.3 1191949.817

1455.006 0.010417 0.196547 233146 1186208.971

1464.316 0.010457 0.197302 234637.8 1189232.54

1478.33 0.010497 0.198057 236883.4 1196038.824

1486.17 0.010536 0.198792 238139.6 1197931.024

1503.32 0.010576 0.199547 240887.7 1207171.788

1515.766 0.010619 0.200358 242882 1212237.249

1507.926 0.010655 0.201038 241625.8 1201892.596

1515.766 0.010695 0.201792 242882 1203622.94

1523.508 0.010736 0.202566 244122.6 1205150.598

1518.902 0.010776 0.203321 243384.5 1197047.146

1511.062 0.010815 0.204057 242128.3 1186574.045

1512.63 0.010857 0.204849 242379.5 1183210.339

1512.63 0.010897 0.205604 242379.5 1178867.087

1512.63 0.010938 0.206377 242379.5 1174448.222

1503.32 0.010977 0.207113 240887.7 1163072.682

1500.184 0.011018 0.207887 240385.2 1156327.476

1489.306 0.011098 0.209396 238642.2 1139667.865

1484.602 0.011137 0.210132 237888.4 1132089.874

1479.898 0.011177 0.210887 237134.6 1124464.157

1475.292 0.011217 0.211642 236396.6 1116967.024

1476.86 0.011261 0.212472 236647.8 1113785.228

1476.86 0.011297 0.213151 236647.8 1110235.944

1490.874 0.01134 0.213962 238893.4 1116521.192

1484.602 0.011379 0.214698 237888.4 1108013.439

1495.48 0.01142 0.215472 239631.5 1112124.964

1512.63 0.011461 0.216245 242379.5 1120854.607

1518.902 0.0115 0.216981 243384.5 1121685.221

1531.348 0.01154 0.217736 245378.8 1126956.547

1546.93 0.011582 0.218528 247875.7 1134295.438

1546.93 0.011621 0.219264 247875.7 1130488.75

1564.08 0.011661 0.220019 250623.7 1139101.048

1576.526 0.011701 0.220774 252618 1144240.308

1579.662 0.01174 0.221509 253120.5 1142707.712

1598.282 0.011779 0.222245 256104.2 1152349.11

1613.864 0.01182 0.223019 258601 1159547.494

1624.84 0.01186 0.223774 260359.7 1163496.275

1627.878 0.011901 0.224547 260846.5 1161655.848

1634.15 0.011939 0.225264 261851.5 1162419.938

1635.718 0.01198 0.226038 262102.8 1159553.254

1643.46 0.012019 0.226774 263343.3 1161261.124

1645.028 0.012058 0.227509 263594.6 1158609.537

1637.286 0.012099 0.228283 262354 1149249.056

1631.014 0.012138 0.229019 261349 1141168.145

1632.582 0.012179 0.229792 261600.3 1138419.845

1631.014 0.01222 0.230566 261349 1133510.551

1629.446 0.012258 0.231283 261097.8 1128910.311

1638.854 0.01234 0.23283 262605.3 1127883.361

1649.732 0.012381 0.233604 264348.4 1131609.954

1652.868 0.01242 0.23434 264850.9 1130200.929

1660.61 0.012462 0.235132 266091.4 1131667.871

1668.45 0.012501 0.235868 267347.7 1133463.463

1674.624 0.012542 0.236642 268337 1133938.756

1677.76 0.012581 0.237377 268839.5 1132540.543

1660.61 0.012609 0.237906 266091.4 1118474.503

1643.46 0.012628 0.238264 263343.3 1105257.955

1617 0.012646 0.238604 259103.5 1085915.236

1602.986 0.012658 0.23883 256857.9 1075483.427

1574.958 0.012666 0.238981 252366.8 1056011.329

1567.118 0.012674 0.239132 251110.5 1050091.348

1548.498 0.012682 0.239283 248126.9 1036959.952