Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

S

E K O L A _H P

A

S C

A S A R JA NA

ANALISA STRUKTUR MARKA KERUCUT DENGAN

DASAR BETON YANG DIKENAI BEBAN IMPAK

TESIS

Oleh

RAHMAWATY

067015001/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2009

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

ANALISA STRUKTUR MARKA KERUCUT DENGAN

DASAR BETON YANG DIKENAI BEBAN IMPAK

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam

Program Studi Teknik Mesin pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

RAHMAWATY

067015001/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2009

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Judul Tesis

:ANALISA STRUKTUR MARKA KERUCUT DENGAN

DASAR BETON YAN DIKENAI BEBAN IMPAK Nama Mahasiswa : Rahmawaty

Nomor Pokok : 067015001 Program Studi : Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Ketua

(Prof.Dr.Ir. Samsul Rizal, M.Eng) (Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) (Anggota) (Anggota)

Ketua Program Studi,

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof.Dr.Ir.T. Chairun Nisa B.,M.Sc)

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Telah diuji pada

Tanggal: 30 Maret 2009

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME Anggota : 1. Prof.Dr.Ir. Samsul Rizal, M.Eng

2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 3. Dr. –Ing. Ikhwansyah Isranuri 4. Ir. Tugiman, MT

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

ABSTRAK

Rancangan sebuah marka kerucut yang baik harus mempertimbangkan bentuk dan berat dasar untuk meningkatkan stabilitas marka kerucut. Dalam penelitian ini usaha menjaga stabilitas adalah dengan memodifikasi struktur bawah dengan dasar beton. Usaha untuk menjaga stabilitas dan fleksibilitas dari marka kerucut dilakukan dengan memotong bagian dasar dari marka kerucut komersial. Kemudian dengan dasar beton dihubungkan dengan empat lembar karet (strip karet) dengan kekerasan 79-81 D sebagai penyokong berat. Strip karet dan dasar beton dihubungkan dengan menggunakan baut dan mur sebagai pengikat di antaranya yaitu pada lokasi 1, 2 dan 3. Metode pengujian dilakukan dengan ayunan bandul bola beton 8,5 kg. Dasar penentuan jarak titik impak efektif diperoleh dari pengujian sepeda motor dan mobil. Untuk mendapatkan variasi energi beban impak dilakukan dengan mengatur tinggi beban impak yang berbeda yaitu h1, h2, h3 dan h4. Energi impak yang diperoleh dalam

pengujian untuk masing-masing diatas adalah 20,35 Joule untuk h1, 30,01 Joule untuk

h2, 43,5 Joule untuk h3 dan 64,02 Joule untuk h4. Dengan menggunakan energi impak

tersebut diatas diperoleh bahwa jika sambungan baut dan mur dipasang pada lokasi 1 dan 2 konstruksi marka kerucut dasar beton tidak stabil, akan tetapi jika dipasang pada lokasi 3 konstruksi marka kerucut dasar beton lebih stabil (tidak jatuh). Klarifikasi kestabilan struktur menggunakan simulasi komputer software MSC Nastran dan Ansys yaitu dengan melihat respon dinamik pada tiga titik permukaan kerucutnya. Beban impak diberikan pada struktur kerucut bagian atas dengan model

beban berupa tegangan ( (t)). Hasil simulasi menunjukan bahwa tegangan normal

maksimum sumbu –X sebesar 13,02 MPa (node 3547 titik b), tegangan normal maksimum sumbu –Y dan –Z sebesar 0,489 MPa (node 5935 dan 4082 titik b), dan tegangan maksimum VonMises sebesar 37,6 MPa (node 3547 titik a). Hasil klarifikasi respon dinamik pada tiga titik menunjukkan distribusi tegangan yang terjadi semakin kecil mendekati dasar marka kerucut. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa beton sebagai dasar struktur bagian bawah kerucut, mampu menjaga stabilitas dari suatu marka kerucut.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

ABSTRACT

In designing a good traffic cone, we have to consider the form and weight of the lower base structure. In this research to maintain the stability of traffic cone is conducted by modifying the lower base structure with concrete base material. It’s carried out by cutting the lower base of the commercial traffic cone. The concrete base is connected with four rubber strips of hardness 79 – 81 D using bolted joint that are location 1, 2 and 3. The method of testing to check the stability of structure the pendulum swing apparatus using concrete ball of weight 8.5 kg was used. To determine the effective location impact on the structure, direct impact using motorcycle and car was carried out. The variation of impact energy is obtained by arranging the height of concrete ball impacting the traffic cone, i.e, h1, h2, h3, and h4.

The impact energy obtained in the examination for selected height is 20.35 Joule for h1, 30.01 Joule for h2, 43.5 Joule for h3 and 64.02 Joule for h4. Using the impact

energy it’s obtained that if bolted joints are attached at locations 1 and 2 the construction of traffic cone with rubber base is unstable; however, if it’s attached at location 3 the construction of traffic cone is stable. To clarify the structural stability of the traffic cone FEM-Based software, MSC Nastran 4.5 and Ansys 2.0 were used. Responses of the structure were observed at three location on the upper structure, i.e, point a, b, and c. The impact load stress function of time (j(t)) was given to the upper cone structure. The result of simulation indicated that the maximum normal stress in X direction is 13,02 MPa (node 3547, point b), the maximum normal stress in Y and Z direction is 0,489 MPa (node 5935 dan 4082 point b), and the VonMises stress is 37,6 MPa (node 3547, point a). The result of the dynamic responses at three points selected above indicated that the distribution of stress is smaller approaching the lower base of traffic cone. From the experimental and simulation works we may conclude that the concrete materials is suitable for the lower base construction of the traffic cone.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas limpahan nikmat dan karunia yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat membuat usulan penelitian tesis dengan judul “Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar

Beton Yang Dikenai Beban Impak”.

Tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk melakukan penelitian agar mendapatkan gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Penulisan usulan penelitian tesis ini terlaksana dan dapat terwujud berkat bimbingan yang cukup intensif dari komisi pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara moril maupun materil, langsung dan tidak langsung hingga selesainya usulan penelitian tesis ini, yaitu kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Ketua Program Studi Teknik Mesin SPs-USU; Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng dan Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D., selaku Anggota Komisi Pembimbing; Dr.Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Sekretaris Program Studi Mesin SPs-USU, seluruh Dosen yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan serta Staf Administrasi Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, Melani. Jeng Ari dan Sidiq atas bantuan administratif selama penulis mengikuti pendidikan di Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Kemudian ucapan terima kasih kepada Weriono, Izwar Lubis serta rekan-rekan mahasiswa lain yang banyak ikut membantu dan memberikan informasi dalam penyelesaian usulan penelitian tesis ini.

Tak lupa pula penulis mempersembahkan semua ini khusus kepada Almarhumah Ibunda tersayang Hj. Tiasni Hrp, SH yang telah memberikan kasih

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

suami Ahmad Rizali Nasution, ST., dan jagoan kecil M. Fatih Nasution, yang telah banyak mengorbankan waktu selama pendidikan dan penyelesaian penelitian tesis ini,

Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Bapak Ir. H. A. Halim Nst, MSc.,selaku Ketua STT Harapan, Bapak Ir. H. Amirsyam Nst, MT., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin STT Harapan yang telah memberikan kesempatan serta dorongan kepada penulis dalam melanjutkan pendidikan serta seluruh rekan-rekan di STT Harapan Medan dan PD. Aneka Industri dan Jasa, dan juga semua pihak yang telah banyak mendukung didalam penyelesaiannya.

Demikianlah penulis mohon saran dan kritik yang membangun sehingga dapat membantu dalam memperbaiki dan melengkapi kesempurnaan tesis ini agar memperoleh hasil yang lebih baik dan akhirnya tak lupa penulis mengucapkan terima kasih atas bantuan dan perhatiannya.

Medan, Juni 2009 Penulis,

Rahmawaty 067015001

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

RIWAYAT HIDUP

Nama : Rahmawaty

Tempat, Tanggal Lahir : Medan, 1 Agustus 1979

Pekerjaan : Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin

Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan

Alamat Kantor : Jl. Imam Bonjol No. 35 Medan

Alamat Rumah : Jl. SM Raja Garu VI No. 15 A Medan

Telp./Hp : 061 – 7862346 / 0811643418 / 061 – 77396496

Pendidikan :

Tahun 1988 – 1994 : SD Yayasan Pendidikan Harapan Medan

Tahun 1991 – 1994 : SMP Yayasan Pendidikan Harapan Medan

Tahun 1994 – 1997 : SMU Negeri 1 Medan

Tahun 1997 – 2000 : D3 Politeknik Negeri Medan

Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Energi

Tahun 2000 – 2002 : S1 Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan

Program Studi Teknik Mesin

Riwayat Pekerjaan :

Tahun 2003 – sekarang : Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin

STT - Harapan Medan

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ……… i

ABSTRACT ……… ii

KATA PENGANTAR ……….. iii

RIWAYAT HIDUP ………...……….. v

DAFTAR ISI ………. vi

DAFTAR TABEL ……… viii

DAFTAR GAMBAR ……… ix

DAFTAR LAMPIRAN ……….. xiv

BAB 1 PENDAHULUAN ………. 1

1.1 Latar Belakang ……….. 1

1.2 Perumusan Masalah ……….. 3

1.3 Tujuan Penelitian ……….. 4

1.4 Manfaat Penelitian ……… 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ……….. 5

2.1 Tinjauan Pustaka ……… 5

2.2 Kerangka Konsep Penelitian ……… 13

BAB 3 METODE PENELITIAN ………. 14

3.1 Tempat dan Waktu ………. 14

3.1.1. Tempat ……… 14

3.1.2. Waktu ………. 15

3.2 Marka Kerucut Komersial ……….………. 15

3.3 Desain Ulang Marka Kerucut Dengan Dasar Beton... 18

3.3.1. Pembuatan Spesimen Uji Tarik dan Impak ... 19

3.3.2. Pengukuran Berat Jenis Karet ... 21

3.3.3. Pengukuran Uji Tarik Karet ... 23

3.3.4. Pengukuran Berat Jenis Beton ... 26

3.3.5. Beton Sebagai Alas Dari Marka Kerucut... 31

3.4 Penyelidikan Stabilitas Marka Kerucut ... 46

3.4.1. Pengujian Impak dan Tarik Statik Material Marka Kerucut ... 46

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 56

4.1 Evaluasi Marka Kerucut Komersial……… 56

4.1.1. Menggunakan Metoda Ayunan Bola Jatuh ……… 56

4.1.2. Menggunakan Sepeda Motor Honda Supra ……… 57

4.1.3. Menggunakan Mobil Jenis Mini Bus (Panther) ………. 58

4.2 Analisa Marka Kerucut yang Telah Didesain Ulang ………. 61

4.2.1. Metoda Ayunan Bola Jatuh ………. 61

4.2.2. Menggunakan Sepeda Motor Honda Supra ……… 90

4.2.3. Menggunakan Mobil Jenis Mini Bus (Panther) …….. 91

4.3 Analisa Stabilitas Marka Kerucut………94

4.4 Analisa Distribusi Tegangan ………. 96

4.4.1. Analisa Simulasi Pengaruh Kelenturan Strip Base Karet Akibat Gaya Gravitasi ………. 96

4.4.2. Analisa Simulasi Pengaruh Kelenturan Strip Base Karet Pada Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Akibat Beban Impak ………. 106

4.4.3. Analisa Simulasi Distribusi Tegangan Yang Terjadi Pada Dasar Beton Akibat Gaya Gravitasi ………….. 112

4.4.4. Analisa Simulasi Dinamik Menggunakan NASTRAN Terhadap Marka Kerucut Dasar Beton Dengan Beban Maksimum Berat Bola Beton 8,5 kg ………. 116

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ……… 132

5.1 Kesimpulan ……….. 132

5.2 Saran ……… 134

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

3.1 Pengujian Berat Jenis Karet Strip Base ……… 23

3.2 Pengukuran Lubang ……… 45

4.1 Pengujian Marka Kerucut Komersial Menggunakan Sepeda Motor ……….. 57

4.2 Pengujian Marka Kerucut Komersial Menggunakan Mobil ……….……….. 58

4.3 Hasil Pengukuran Uji Tarik Karet ……… 62

4.4 Pengujian Strip Base Akibat Gaya Gravitasi ………. 65

4.5 Pengujian Lifting Dengan Penumpuan ……… 76

4.6 Pengujian Lifting Dengan Tanpa Penumpuan ……… 77

4.7 Hubungan Gaya Eksternal dan Perpindahan Dasar Marka Kerucut ……….. 80

4.8 Hasil Energi Impak Minimun ………. 82

4.9 Data Pengujian Impak ……….. 86

4.10 Pergeseran Marka Kerucut Akibat Energi Impak Minimum …….. 87

4.11 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Dengan Dasar Karet Menggunakan Sepeda Motor ……… 90

4.12 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Menggunakan Mobil Dengan Dasar Karet ……….……… 92

4.13 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Menggunakan Mobil Dengan Dasar Beton ……….……… 93

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Langkah-Langkah Proses Evaluasi Dan Konsep Generasi... 8

2.2 Lima Metode Konsep Generasi ... 9

2.3 Marka Kerucut Dengan Dasar Karet………. 10

2.4 Contoh Marka Kerucut Yang Telah Didesain Ulang ………. 11

2.5 Marka Kerucut Dengan Dasar Karet………..12

2.6 Kerangka Konsep Penelitian ……… 13

3.1(a) Marka Kerucut Komersial ……… 16

3.1(b) Marka Kerucut Polimer Konvensional ……… 16

3.2 Marka Kerucut Standart Desain ……….……… 17

3.3 Spesimen Uji Tarik Karet ………..……….. 20

3.4 Timbangan Digital ……….. 22

3.5 Pengukuran Dengan Gelas Ukur ……….. 22

3.6 Tokyo Testing Machine Type : SC-2DE ………. 24

3.7 Pemasangan Spesimen Karet ………. 25

3.8 Unsur-Unsur Pembuat Beton ……… 26

3.9 Presentase Komposisi Beton ……… 27

3.10 Presentase Volume Komposisi Beton Pada Umumnya ……….. 28

3.11 Tegangan Tekan Benda Uji Beton ……… 29

3.12 Diagram Kuat Beton Versus Umur Beton ………. 30

3.13 Mesin Uji Tekan Beton Mesin Wykeham Farrance Engineering – Slough England ……….. 32

3.14 Cetakan Dasar ………. 33

3.15 Pasir Yang Digunakan Pada Pencetakan Dasar Beton ……… 34

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

3.17(a) Timbangan OHANS ……….. 35

3.17(b) Proses Penimbangan ………. 35

3.18(a) Proses Persiapan Pencampuran Adukan ……… 36

3.18(b) Proses Pencampuran (Mixing) ………. 36

3.19(a) Adukan Dituang Kedalam Cetakan Yang Telah Disediakan ………. 37

3.19(b) Proses Pemadatan Menggunakan Benda Pemadat ………. 38

3.19(c) Proses Pencetakan Material Uji ……….. 38

3.19(d) Adukan Setelah Dipadatkan ……… 39

3.20 Marka Kerucut Yang Telah Didesain Ulang………. 40

3.21(a) Dimensi Dasar Beton ………. 41

3.21(b) Dasar Beton Yang Telah Diberi Baut ……… 42

3.22(a) Strip Base Karet ………. 42

3.22(b) Pemasangan Strip Base Karet ………. 43

3.23(a) Dasar Beton Yang Telah Diberi Lubang ………. 43

3.23(b) Dasar Beton Setelah Dirangkaikan ………. 44

3.24 Strip Base ……… 44

3.25 Marka Kerucut Setelah Didesain Ulang ………. 45

3.26 Impak Prinsip Ayunan Bola Jatuh ……….. 47

3.27 Bola Diset Di Tengah Marka Kerucut ………. 48

3.28(a) Guiden ……….. 48

3.28(b) Posisi Awal Bola Dan Guiden ……… 49

3.29 Empiris Prinsip Ayunan Bola Jatuh ……….. 50

3.30 Pengujian dengan Menggunakan Sepeda Motor ………... 52

3.31 Pengujian Dengan Mobil ………..……… 53

3.32(a) Sket Marka Kerucut Polimer Komersial ……….. 55

3.32(b) Sket Marka Kerucut Desain Ulang ……… 55

4.1 Pengujian Marka Kerucut Komersial……… 56

4.2 Pengujian Menggunakan Sepeda Motor ……….. 57

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

4.4 Marka Kerucut Komersial Yang Mengalami Pecah ……….. 60

4.5 Dasar Bawah Kerucut Yang Mengalami Kerusakan ………. 61

4.6 Grafik Tensile Test ……….. 62

4.7 Pertambahan Panjang Setelah Uji Tarik ………... 63

4.8 Patahan Setelah Uji Tarik ……… 63

4.9 Srtip Base Dengan Lebar 30 mm, 40 mm, 50 mm ……… 65

4.10 Grafik Kelenturan Strip Base ……….. 66

4.11 Pengujian Kelenturan Strip Base ……… 66

4.12 Kurva Stress Strain Tipikal Untuk Agregat, Pasta semen Dan Beton… 67 4.13 Cetakan Pengujian ………. 68

4.14(a) Proses Pencetakan Dengan Terlebih Dahulu Dipadatkan Menggunakan Alat Tekan ……….. 69

4.14(b) Adukan Setelah Dipadatkan ……….. 69

4.15 Beton Pengujian Yang Telah Siap Uji………. 70

4.16 Mesin Wykeham Farrance Engineering - Slough England ………….. 71

4.17 Mesin Pembacaan Kuat Tekan Mesin WF ………. 72

4.18 Beton Yang Telah Mengalami Penekanan ………. 72

4.19 Beton Yang Telah Hancur……… 73

4.20 Lifting Pemberat ………. 74

4.21 Dasar Beton Yang Diberi Pemberat……… 75

4.22(a) Dimensi Pengukuran Derajat Kemiringan Bidang Kerucut Akibat Pengaruh Gaya Eksternal ……….. 78

4.22(b) Pengukuran Derajat Bidang Kerucut Pengaruh Gaya Eksternal………. 79

4.23 Uji Impak ………. 82

4.24(a) Posisi Awal Bola Menggunakan Guide ………. 83

4.24(b) Posisi Awal Bola Pada Saat Nol ………. 84

4.24(c) Posisi Awal Bola Dengan Jarak Tertentu ……….. 85

4.25(a) Posisi Maksimum Bola Tampak Samping……… 87

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

4.26 Retak Yang Terjadi Pada Dasar Beton………. 88

4.27 Sisi Yang Mengalami Retak I ……… 89

4.28 Sisi Yang Mengalami Retak II……….. 89

4.29 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Dengan Dasar Karet

Menggunakan Sepeda Motor ……… 91

4.30 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Dengan Dasar Karet

Menggunakan Mobil ………..……… 92

4.31 Strip Base 30 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement –X) … 97

4.32 Strip Base 30 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement –Y) …. 98

4.33 Strip Base 30 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Stress–X) ….……... 99

4.34 Strip Base 40 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement – sb X) … 100

4.35 Strip Base 40 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement – sb Y) ... 101

4.36 Strip Base 40 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Stress–X) ………... 102

4.37 Strip Base 50 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement – sb X) ... 103

4.38 Strip Base 50 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement – sb Y) ... 104

4.39 Strip Base 50 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Stress– sb X) ……..….. 105

4.40 Analisa Displacement Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang I ……… 106

4.41 Analisa Displacement Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang II……… 107

4.42 Analisa Displacement Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang III………108

4.43 Analisa Stress Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang I ……… 109

4.44 Analisa Stess Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang II ………….……….……... 110

4.45 Analisa Stress Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang III ………. 111

4.46 Mesh 3D Dengan Type Solid Brick 8 Node ……….. 112

4.47 Analisa Dasar Beton Dengan Displacement Pada Sumbu x …………. 113

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

4.49 Pengaruh Berat Dasar Beton Akibat Panjang Dasar Beton

(Pengaruh Gaya Gravitasi) Stress Sumbu – x ……… 115

4.50 Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Case 100 Dengan Waktu

Penjalaran 0,88 Detik ………. 116

4.51 Grafik Fungsi Waktu 0,88 Detik ……….. 117

4.52 Solid Von Mises Stress Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 30 Waktu 0,2552 Detik ………. 117

4.53 Solid Normal Stress Sumbu X Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 30 Waktu 0,2552 Detik ………. 118

4.54 Solid Normal Stress Sumbu Y Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 30 Waktu 0,2552 Detik ………. 119

4.55 Solid Normal Stress Sumbu Z Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 30 Waktu 0,2552 Detik ………. 120

4.56 Solid Von Mises Stress Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 60 Waktu 0,5192 Detik ……….. 121

4.57 Solid Normal Stress Sumbu X Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 60 Waktu 0,5192 Detik ……… 121

4.58. Solid Normal Stress Sumbu Y Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 60 Waktu 0,5192 Detik ……… 122

4.59 Solid Normal Stress Sumbu Z Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 60 Waktu 0,5192 Detik ……… 123

4.60 Solid Von Mises Stress Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 90 Waktu 0,7832 Detik ……….. 124

4.61 Solid Normal Stress Sumbu X Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 90 Waktu 0,7832 Detik ……… 125

4.62 Solid Normal Stress Sumbu Y Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 90 Waktu 0,7832 Detik ……… 126

4.63 Solid Normal Stress Sumbu Z Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 90 Waktu 0,7832 Detik ……… 127

4.64 Grafik Solid Von Mises Pada Elemen 3547,5935,4082 ……… 128

4.65 Grafik Solid X Normal Stress Pada Elemen 3547,5935,4082 ………. 128

4.66 Grafik Solid Y Normal Stress Pada Elemen 3547,5935,4082 ………. 129

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1 Data Pemeriksaan Kuat Tekan Beton ……… 136

2 Alat Uji Ayunan Bola Bandul ……… 138

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Untuk mempertimbangkan keselamatan, keamanan, ketertiban dan kelancaran serta kemudahan bagi pemakai jalan dalam berlalu lintas, maka diperlukan perlengkapan jalan yang memadai dan memenuhi persyaratan dalam penyelenggaraan serta untuk mencapai hasil guna dan daya guna dalam pemanfaatan untuk lalu lintas menjadi alasan menarik bagi penulis dalam melakukan desain ulang suatu marka kerucut (traffic cone) yang banyak kita temui di jalan raya. Namun kebanyakan masyarakat kurang menyadari pentingnya keberadaan marka kerucut, bahkan sering kita temui marka kerucut tersebut jatuh atau tumbang bahkan pecah akibat tersenggol atau tertabrak oleh kenderaan bermotor yang melintas dijalanan tersebut.

Fungsi dari marka kerucut itu sendiri adalah sebagai marka jalan yang dirancang sebagai usaha penertiban lalu lintas. Marka kerucut dirancang sedemikian rupa dan harus dapat memantulkan cahaya pada malam hari dengan menggunakan butiran kristal kaca, [SK Dirjen Perhubungan No. 116 Tahun 1997]. Sebagai marka jalan yang tidak permanen, marka kerucut harus bisa dipindah-pindahkan dengan mudah dengan tetap mempertimbangkan berat total dari suatu marka kerucut.

Sifat bahan dari marka kerucut tidak mudah berubah terhadap pengaruh cuaca, tidak luntur dan tahan terhadap minyak atau sejenisnya, alas kerucut yang digunakan juga tidak mudah rusak, karena gesekan dengan permukaan jalan.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Marka kerucut yang biasa digunakan dijalan raya menggunakan material polimer polietilen, akan tetapi pada penelitian ini terdapat perbedaan dalam desain penampilan antara lain:

1. Kerucut komersial yang diproduksi memiliki prototype yang senyawa

antara bagian atas kerucut dengan dasarnya, sedangkan pada penelitian ini dasar kerucut dipotong dan beton didesain sedemikian rupa menyerupai dasar awal kemudian dibuat sekat diantaranya yang dihubungkan dengan menambahkan empat potongan karet (strip base) sebagai penyokong berat kerucut.

2. Pada kerucut komersial memiliki sifat yang kaku, sedangkan yang telah

di desain ulang ditambahkan empat potong karet yang bersifat fleksibel pada bahagian bawah kerucut.

Chung-Fu Wang [1] tahun 2006, telah melakukan penelitian stabilitas marka kerucut yang dikenai beban impak dengan menggunakan dasar (base) karet. Pada penelitian ini dasar yang digunakan adalah beton dengan asumsi bahwa beton memiliki berat yang cukup kuat untuk menahan benturan dari luar sehingga pada saat kerucut terkena gaya eksternal, kerucut hanya bergerak bahagian atasnya saja, dan dengan adanya karet akan mengembalikan keposisi semula ataupun tidak jatuh.

Untuk meningkatkan stabilitas dan fleksibilitas dari marka kerucut yang telah banyak dikonsumsi menjadi alasan dilakukannya desain ulang dengan tanpa meningkatkan jumlah material dan ongkos produksi.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah agar kontraktor dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan dari marka kerucut yang telah ada, dan juga kepada masyarakat pengguna jalan raya sadar betapa pentingnya marka kerucut sebagai sarana penertiban jalan raya.

1.2. Perumusan Masalah

Stabilitas dan fleksibilitas yang masih rendah dari suatu marka kerucut menjadi alasan menarik, penting dan perlu diteliti oleh peneliti. Permasalahan yang ingin diteliti adalah sejauh mana kekuatan dan ketahanan dari marka kerucut yang dikenai beban impak. Penelitian ini dilakukan dengan memberikan beban impak secara langsung menggunakan metode ayunan bola bandul pada marka kerucut, serta melakukan pengujian langsung menggunakan kendaraan bermotor, dengan cara menabrak langsung marka kerucut dengan variasi kecepatan kenderaan, dan untuk melihat respon yang diterima marka kerucut pada beberapa lokasi yang dipilih digunakan software berbasis elemen hingga ANSYS dan untuk menganalisa distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut digunakan MSC NASTRAN for windo ws 4.5.

Dengan dilandasi pada latar belakang diatas peneliti memandang perlu dilakukan suatu penelitian untuk mengetahui respon pada marka kerucut terhadap beban impak.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

1.3. Tujuan Penelitian

Penelitian ini mencakup dua tujuan yaitu tujuan umum dan tujuan khusus.

a. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menganalisa struktur marka kerucut menggunakan dasar beton yang dikenai beban impak.

b. Tujuan Khusus

1. Mengevaluasi respon marka kerucut komersial yang dikenai beban impak.

2. Melakukan desain ulang marka kerucut menggunakan dasar beton.

3. Menyelidiki stabilitas dari marka kerucut komersial dan dengan

menggunakan dasar beton.

4. Menganalisa distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut dengan

menggunakan software ANSYS dan NASTRAN.

1.4. Manfaat Penelitian

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui sejauh mana stabilitas dan kekuatan sebuah marka kerucut yang telah di desain ulang dengan menambahkan beton pada kaki marka kerucut untuk dapat memberikan hasil yang lebih tahan terhadap benturan dari luar, sehingga profil kerucut dalam perancangan dapat lebih dioptimalkan. Selain itu penelitian ini juga diharapkan bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan penggunaan praktis bagi industri maupun instansi pemerintah, dan juga para peneliti-peneliti lain dalam mengembangkan ilmu pengetahuan, dan teknologi.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Pustaka

Disain produk merupakan proses pengembangan konsep awal untuk mencapai permintaan dan kebutuhan dari konsumen. Suatu desain produk yang baik dapat mendorong pengembangan yang sukses, dan suatu desain didasarkan kepada kelebihan produk, kepraktisan dari perakitan, ongkos pabrikasi, pemasaran dan faktor kombinasi apakah desain produk tersebut memenuhi persyaratan yang dibutuhkan pelanggan [2].

Ada beberapa pendekatan dasar dari proses disain : untuk memperkecil pemakainan material; untuk mendaur ulang; karena tidak sesuai; karena produksi ulang alasan memperkecil bahan dengan resiko tinggi; efisiensi yang tinggi; dan untuk mencapai regulasi standart [3].

Suatu disain yang efektif terdiri dari tiga unsur-unsur [4], yaitu:

1. Masukan dokumen untuk disain yang akhir terdiri dari dokumen seperti

spesifikasi produk yang alan didesain (Product Design Spesification / PDS) , mutu atau Quality Function Deployment (QFD) dan analisa teknik seperti lisis teknis seperti Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD), Failure Models dan Effect Analysis (FMEA), mutu perencanaan, analisa ketahanan termasuk, hasil dari kecakapan menguji, pekerjaan menggambar perakitan dan detil, dan spesifikasi produk, dan

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

berharga proyeksi. Dokumentasi ini dapat sangat besar dan bukanlah semua tercakup di desain yang akhir. Unsur-Unsur yang penting akan telah ditinjau sebelumnya dan mereka akan bersertifikat di desain yang akhir. Masukan yang penting yang lain bagi pertemuan adalah pemilihan dari orang-orang siapa yang akan tinjauan ulang. Mereka harus diberi hak untuk membuat keputusan tentang disain dan mempunyai tanggung jawab dan kemampuan untuk mengambil tindakan korektif.

2. Suatu pertemuan yang efektif memproses pertemuan desain secara formal

tersusun dengan agenda. Disain yang akhir lebih dari suatu audit berlawanan dengan tinjauan ulang yang lebih awal, yang lebih multifungsional memecahkan masalah sesi.

3. Suatu keputusan yang sesuai dari disain yang akhir adalah suatu keputusan

seperti pada produk adalah siap untuk dilepaskan keproduksi departemen. Kadang-kadang keputusan untuk berproses adalah bersifat sementara, dengan beberapa isu yang terbuka yang perlu untuk dipecahkan, penilaian perubahan dapat dibuat sebelum peluncuran produk.

Proses generasi konsep dimulai dengan spesifikasi target dan kebutuhan pelanggan sehingga konsep produk tersebut menghasilkan suatu pemilihan akhir yang baik.

Suatu konsep produk adalah suatu pendekatan uraian tentang teknologi, prinsip kerja, dan format dari produk itu. Hal ini merupakan suatu uraian yang ringkas tentang bagaimana produk akan mencukupi kebutuhan pelanggan. Suatu

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

konsep pada umumnya dinyatakan sebagai sket atau sebagai model uraian tiga dimensi. Derajat tingkat kepuasan suatu produk diukur sejauh mana pelanggan merasa puas serta sukses diperdagangkan sesuai dengan mutu yang mendasari konsep.

Suatu konsep yang baik kadang-kadang dirasa kurang baik diterapkan di tahap pengembangan yang berikut, tetapi suatu konsep yang lemah jarang dikembangkan untuk mencapai sukses komersil. Generasi konsep dapat dilakukan dengan relatif murah dan bisa dilakukan secara relatif cepat, perbandingan bagi dari proses pengembangan. Proses generasi konsep dapat diuraikan seperti yang diungkapkan oleh Eppinger dan Ulrich (1995) dan sebuah evaluasi serupa dengan yang digunakan oleh Ullman ( 1997) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Metoda generasi konsep dapat juga diuraikan menjadi lima langkah metoda (Gambar 2.2).

a. Langkah 1: Memperjelas masalah.

b. Langkah 2: Mencari secara eksternal.

c. Langkah 3: Mencari secara internal.

d. Langkah 4: Menyelidiki secara sistematis.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 2.1 Langkah-Langkah Proses Evaluasi dan Konsep Generasi

(Ullman ,1997)

Problem decomposition

Explore for ideas

External to team

Internal to team

Brains-torming

Explore systematically Morphological chart Concept Generation

Absolute Criteria

Go-no-go screening

Relative criteria Pugh concept selection

Decision matrix Analytic hierarchy

process

Best concept Evaluation

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 2.2 Lima Metode Konsep Generasi (Ulrich & Eppinger, 1995)

1.Clarify the problem • Understanding • Problem

decomposition • Focus on critical

subproblems

2. Search externally • Lead users • Experts • Patents • Literature • Benchmarking

3. Search internally • Individual • Group

4.Explore systematically • Classification tree • Combination table

5. Reflect on the solution and the process

• Contructive feedback Subproblems

New Concepts Existing Concept

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Chung-Fu Wang [1] telah melakukan penelitian sebelumnya dengan menggunakan karet sebagai base dan strip base dari suatu marka kerucut, seperti gambar 2.3. dibawah ini.

Gambar 2.3 Marka Kerucut Dengan Dasar Karet

Dimana:

a) a. kerucut,

b) b. base atau dasar yang terbuat dari karet

c) c. strip base yang terbuat dari karet

Dibawah ini beberapa contoh marka kerucut yang telah di desain ulang, tetapi kurang baik dalam stabilitas maupun fleksibilitasnya.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. (a) (b)

(c)

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Setelah melakukan beberapa kali pengujian, maka diambil kesimpulan bahwa marka kerucut yang di desain ulang yang baik adalah seperti Gambar 2.5 dibawah ini.

Gambar 2.5 Marka Kerucut Dengan Dasar Karet

Marka kerucut dengan dasar karet memiliki keunggulan karena sifat karet itu sendiri yang fleksibel, mudah dipindah-pindah, akan tetapi kurang tahan terhadap benturan karena beratnya yang masih relatif ringan.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

2.2. Kerangka Konsep Penelitian

Gambar. 2.6. Kerangka Konsep Penelitian

Beban Impak, diperoleh dengan menggunakan Metode ayunan bola jatuh dan melakukan pengujian langsung dengan

menggunakan kenderaan bermotor dengan beberapa variasi kecepatan.

Permasalahan:

Peningkatan kekuatan dan stabilitas dari marka kerucut dengan menggunakan dasar beton sebagai usaha penertiban jalan

Perlu melakukan pengujian kekuatan marka kerucut menggunakan dasar beton dengan menggunakan metode ayunan bola beton dan pengujian langsung dengan menggunakan kenderaan bermotor.

Peneliti melihat, membandingkan dan menghitung hasil akhir

Variabel yang dibutuhkan :

1. Kecepatan ayunan bola beton

dengan variasi jarak l dan x.

2. Kecepatan kenderaan

bermotor pada saat menyentuh kerucut

Hasilnya :

a. Mengetahui respon marka kerucut

komersial yang dikenai beban impak.

b. Mengetahui respon marka kerucut

yang telah di desain ulang, dengan dasar beton.

c. Memperoleh stabilitas dari

masing-masing marka kerucut.

d. Mengetahui distribusi tegangan

yang terjadi pada marka kerucut dengan menggunakan software ANSYS dan NASTRAN.

Melakukan Analisa Numerik

menggunakan ANSYS dan NASTRAN

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

BAB 3

METODE PENELITIAN

Metode penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metodologi “deskriptif” yang menujukan struktur yang penting tentang disain, dan metodologi “preskriptif” yang berkenaan dengan bagaimana proses disain harus didekati secara efektif [Roozenburg& Eekels, 1991].

Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan pekerjaan penelitian: re-desain pembuatan marka kerucut polimer, penyelidikan prilaku mekanik akibat beban impak dengan menggunakan metoda ayunan bola jatuh dan pengujian langsung dengan cara menabrak langsung marka kerucut yang telah didesain ulang, pengujian tarik statik material karet strip base, pengujian stabilitas marka kerucut bahan polimer serta penyelidikan karakteristik propagasi tegangan pada marka kerucut. Terakhir adalah analisa kegagalan marka kerucut polimer, yang pada gilirannya dapat menganalisis fungsi marka kerucut polimer sebagai alat bantu lalu lintas jalan.

3.1. Tempat dan Waktu

3.1.1. Tempat

Penelitian kekuatan marka kerucut terhadap beban impak dilakukan di Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dengan menggunakan metode ayunan bandul menggunakan bola beton dengan berat 8,5 kg.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Penelitian dengan simulasi komputer dilaksanakan di IC-Star USU dengan menggunakan software ANSYS dan NASTRAN.

Uji kuat beton dilakukan di Laboratorium Sipil Politeknik Negeri Medan, dan uji tarik karet sebagai strip base dilakukan di Laboratorium FMIPA Universitas Sumatera Utara.

3.1.2. Waktu

Waktu penelitian dilaksanakan mulai bulan September 2007 s/d Agustus 2008.

3.2. Marka Kerucut Komersial

Marka kerucut komersial dengan bahan polimer polietilen, benar-benar disain yang sederhana, dengan pondasi yang luas. Marka kerucut komersial yang banyak dikomsumsi oleh masyarakat telah memenuhi standart uji sesuai dengan Dirjen Perhubungan No. 116 Tahun 1997, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1 dibawah ini.

Badan kerucut terdiri dari suatu cekungan, yang terbuat dari bahan polyethylene dengan bentuk yang simetris. Ketebalan dari kerucut kulit adalah sekitar 2,53mm s.d 4,15mm. Tingginya kerucut 560 mm dan beratnya adalah 1,665kg. Diameter sebelah dalam dari alas kerucut adalah 210 mm, dan diameter dari puncak dari kerucut adalah 50 mm, seperti ditunjukkan pada gambar 3.1(a), dan kerucut polimer konvensional ditunjukkan pada gambar 3.1(b).

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.1(a) Marka Kerucut Komersial

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa marka kerucut dirancang sedemikian rupa dan harus dapat memantulkan cahaya pada malam hari dengan menggunakan butiran kristal kaca. [SK Dirjen Perhubungan No. 116 Tahun 1997]. Sebagai marka jalan yang tidak permanen, marka kerucut harus bisa dipindah-pindahkan dengan mudah dengan tetap mempertimbangkan berat total dari suatu marka kerucut. Seperti diperlihatkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 3.2 Marka Kerucut Standart Desain

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk pengembangan diskusi dan aplikasi lebih lanjut dengan menggunakan suatu pengetahuan dari dinamika dan mekanika dari bahan-bahan untuk perancangan suatu kerucut lalu lintas.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Untuk memudahkan respon marka kerucut terhadap beban eksternal, maka marka kerucut diambil dari hasil poduksi komersial dengan memotong bahagian bawah (kaki) marka kerucut kemudian diambil kerucutnya. Kemudian kaki marka kerucut tersebut dirangkai sedemikian rupa dengan menambahkan beton sebagai dasar yang memiliki kuat tekan yang relatif tinggi dibandingkan kuat tariknya, dengan demikian terjaga stabilitas kerucut jika terkena pembebanan eksternal sehingga kerucut tidak mudah jatuh.

Marka kerucut lalu lintas yang dikembangkan di sini meliputi banyak parameter dan variabel, sebagai contoh kekakuan dari badan kerucut, kekuatan tekan dari beton dan kekuatan tarik dari dasar yang terbuat dari karet. Semua parameter ini secara langsung atau secara tidak langsung mempengaruhi resultan perancangan marka kerucut ini. Dalam menetapkan suatu model dan menyelesaikan analisa, perolehan relevan data untuk memberi makna ke dalam model adalah sangat penting. Berikutnya adalah eksperimen dengan data, dan nilai-nilai unsur dasar untuk analisa dan simulasi lebih lanjut.

3.3. Desain Ulang Marka Kerucut dengan Dasar Beton

Sebelum kita melakukan proses desain ulang, terlebih dahulu kita persiapkan bahan-bahan material yang akan kita uji. Pada proses desain ulang ini peneliti menggunakan karet alam sebagai strip base, dan beton sebagai dasarnya.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. 3.3.1. Pembuatan spesimen uji tarik dan impak

Karet alam yang dibuat sebagai material strip base marka kerucut ini diproses dengan menambahkan belerang 30% – 40% belerang, karbon hitam dan zat pewarna, dibuat campuran serta dibentuk dengan tekanan dan divulkanisasi oleh reaksi penyilangan sambil dipanaskan untuk mendapatkan benda cetakan. Proses pencetakan sesuai dengan ketebalan yang didinginkan yaitu lembaran karet ketebalan 5 mm sesuai standard material kemudian dilakukan penekanan serta pemanasan sesuai cetakan yang sudah dipola (pattern).

Karet alam yang diinginkan adalah material yang tidak terlalu mempunyai kekerasan terlalu rendah (kekakuan tinggi) dan mempunyai harga ke ekonomisan untuk dapat digunakan sehingga dipilih karet alam hardness 79 – 80 yang paling tinggi diproduksi di PTPN III.

Untuk mendapatkan sifat mekanik material karet tersebut, maka terlebih dahulu disiapkan spesimen berbentuk jomini dan karet untuk diuji statik dan impak. Prosedur pembuatan spesimen jomini dan karet meliputi dua proses utama, yakni persiapan dan pembentukan. Setelah proses persiapan dilaksanakan, maka dilanjutkan dengan proses pembentukan sesuai spesiemen alat uji dengan berbahan karet yang bekerjasama dengan PTPN III yang akan digunakan sebagai strip base juga beton sebagai dasarnya.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.3 Spesimen Uji Tarik Karet Data yang diperoleh dari uji statik dan impak antara lain :

a. Modulus Young, E (GPa)

b. Nisbah Poisson, v

c. Kekuatan Tarik Statik, St (MPa)

d. Kekuatan Tarik Impak, Sit (MPa)

Informasi di atas akan digunakan dalam simulasi komputer, menggunakan ANSYS, untuk mendapatkan :

40

2

5

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

a. Kontur Tegangan

b. Klarifikasi kegagalan marka kerucut

c. Ukuran yang optimum

Hasil simulasi diharapkan akan menjadi masukan bagi perbaikan desain dan pabrikasi marka kerucut generasi berikutnya.

3.3.2. Pengukuran berat jenis karet

Tujuan pengukuran ini untuk mendapatkan berat jenis dengan mengukur massa dan volume alas dasar karet dan lembaran karet diukur untuk menghitung berat jenis material. data ini diperlukan sebagai masukkan untuk simulasi komputer. Terdapat dua perbedaan metode dipakai menentukan berat jenis untuk mereduksi banyak kesalahan pengukuran.

Metode kerjanya adalah :

1. Porsi kecil material diambil dari alas dasar karet dan lembaran karet kemudian

diukur beratnya.

2. Metode 1, prinsip Archimedes dipakai menentukan volume objek memakai

buoyancy.

3. Metode 2, setiap objek ditempatkan ke pengukuran selinder partial diisi

dengan air, mengubah tingkat air sesuai volume objek.

4. Nilai volume dan massa setiap porsi dipakai menghitung berat jenis material,

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar. 3.4 Timbangan Digital

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Tabel dibawah ini menunjukkan berat jenis karet pada strip base.

Tabel 3.1 Pengujian Berat Jenis Karet Strip Base

Metode

Strip Karet

M(g) V(cm3) D(g/cm3)

Observasi

2,91 2,8 1,077 4,65 2,8 1,097 Rata – rata berat jenis 1,087

Dimana M = massa , V = volume, D = berat jenis

3.3.3. Pengukuran Uji Tarik Karet

Pengujian tarik pada spesimen karet bertujuan untuk mengetahui sejauh mana kekuatan tarik maksimm karet dengan pembebanan tertentu yang diperoleh dari nilai yield point, ultimate strength point, breake point, dan elongation untuk memperoleh harga tegangan, regangan dan modulus young dari material.

Mesin uji tarik yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

Tokyo Testing Machine MFG co.ltd Tokyo – Japan

Electronic System Universal Testing Machine Type : SC – 2DE

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Dalam penelitian ini Mesin tersebut menggunakan

Kecepatan Testing : 50 mm/menit

Beban : 100 kg

Gambar. 3.6 Tokyo Testing MachineType : SC – 2DE

Langkah-langkah proses pengujian:

1. Material karet dipotong dengan menggunakan cetakan (moulding)sesuai standart ASTM D 412 (Gambar. 3.2)

2. Spesimen uji tarik dipasangkan ke pengikat mesin pengujian (Gambar 3.6) 3. Atur kecepatan testing 50 mm/menit dan pembebanan maksimum 100 kgf.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

4. Letakkan kertas grafik pada meja plotter untuk mencatat besarnya tegangan dan regangan yang akan terjadi

5. Perhatikan angka yang muncul pada layar yang menunjukkan besar tegangan dan regangan yang terjadi.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. 3.3.4. Pengukuran berat jenis beton

Beton adalah material komposit yang rumit. Sebagai material komposit, sifat beton sangat tergantung pada sifat unsur masing-masing serta interaksi mereka. Ada tiga sistem umum yang melibatkan semen, yaitu pasta semen, mortal dan beton.

Gambar 3.8. Unsur-Unsur Pembuat Beton

Ketiga sistem tersebut dapat pula dipandang sebagai model komposit dengan 2 fase, yaitu fase matriks dan fase terurai. Kadang kala beton masih ditambah lagi dengan bahan kimia pembantu (admixture) untuk mengubah sifat-sifatnya ketika masih berupa beton segar (fresh concrete) atau beton keras.

Beton mempunyai kuat tekan yang besar sementara kuat tariknya kecil. Pada struktur bangunan, beton selalu dikombinasikan dengan tulangan baja untuk

+ Beton Mortar Pasta semen / Grouth Matriks Komposit Unsur Terurai Semen + Air +

Agregat halus, misalnya pasir Agregat kasar, misalnya kerikil

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

memperoleh kinerja yang tinggi. Beton yang ditambahkan dengan tulangan baja menjadi beton bertulang (reinforce concrete) dan jika ditambah lagi dengan baja prategang akan menjadi beton pratekan (prestressed concrete). [Teknologi Beton, Paul Nugraha dan Anton].

Tetapi dalam penelitian ini tidak menggunakan baja tulangan, karena tujuan dari pemilihan dasar dari marka kerucut menggunakan beton dianggap sebagai material yang pemberat, sehingga kestabilan dari marka kerucut tersebut dapat dicapai.

Pada beton yang baik, setiap butir agregat seluruhnya terbungkus dengan mortar. Demikian pula halnya dengan ruang antar agregat, harus terisi oleh mortar. Jadi kualitas pasta atau mortar menentukan kualitas beton. Semen adalah unsur kunci dalam beton, meskipun jumlahnya hanya 7-15 % dari campuran. Beton dengan jumlah semen yang sedikit (sampai 7%) disebut beton kurus (learn concrete), sedangkan beton dengan jumlah semen yang banyak (sampai 15%) disebut beton gemuk (rich concrete).

(Sumber Teknologi Beton, Paul Nugraha dan Anton) Gambar 3.9 Presentase Komposisi Beton

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Sifat masing-masing bahan juga berbeda dalam hal perilaku beton segar maupun pada saat sudah mengeras, selain faktor biaya yang perlu diperhatikan. Dilain pihak, secara volumetris beton diisi oleh agregat sebanyak 61-76 % (gambar 3.6). Dengan kata lain agregat mempunyai peran yang sama pentingnya sebagai material pengisi beton.

(Sumber Teknologi Beton, Paul Nugraha dan Anton) Gambar 3.10 Persentase Volume Komposisi Beton Pada Umumnya

Sebagai material komposit, keberhasilan penggunaan beton tergantung pada perencanaan yang baik, pemeliharaan dan pengadaan masing-masing material yang baik, proses penangan dan proses produksinya.

Beton didapat dari pencampuran bahan-bahan agregat halus yang kasar yaitu pasir, batu, batu pecah, atau bahan semacam lainnya, dengan menambahkan secukupnya bahan perekat semen, dan air sebagai bahan pembantu guna keperluan reaksi kimia selama proses pengerasan dan perawatan beton berlangsung.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Tujuan pengukuran ini untuk mendapatkan berat jenis dengan mengukur massa dan volume alas dasar beton untuk menghitung berat jenis material.

Sesuai dengan tingkat mutu beton yang hendak dicapai, perbandingan campuran bahan susun harus ditentukan agar beton yang dihasilkan memberikan :

1. Kelecakan dan konsistensi yang memungkinkan pengerjaan beton

(penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah ke dalam acuan dan sekitar tulangan baja tanpa menimbulkan kemungkinan terjadinya segregasi atau pemisahan agregat dan bleeding air

2. Ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosif, dan

lainnya)

3. Memenuhi uji kuat yang hendak dicapai.

Dibawah ini merupakan grafik hubungan tegangan dan regangan yang terjadi dalam susunan beton bertulang.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Karena sifat bahan beton yang hanya mempunyai nilai kuat tarik relatif rendah, maka pada umumnya hanya pada diperhitungkan bekerja dengan baik didaerah tekan pada penampangnya, dan hubungan regangan tegangan yang timbul karena pengaruh gaya tekan tersebut digunakan sebagai dasar pertimbangan.

Gambar 3.12 Diagram Kuat Beton Versus Umur Beton

Semakin lama umur beton tersebut, maka semakin tinggi tegangan yang dapat diterima beton tersebut. Nilai kuat beton beragan sesuai dengan umurnya, dan biasanya nilai kuat beton ditentukan pada waktu beton mencapai umur 28 hari setelah pengecoran. Bentuk kurva kuat beton versus waktu untuk mutu beton tertentu tampak seperti gambar diatas, umumya pada umur 7 hari kuat beton mencapai 70% dan pada umur 14 hari mencapai 85% - 95% dari kuat beton umur 28 hari [6]. Pada kondisi pembebanan tekan tertentu beton menunjukkan suatu fenomena yang disebut rangka (creep).

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. 3.3.5 Beton Sebagai Alas dari Marka Kerucut

Beton sendiri merupakan pencampuran bahan-bahan agregat halus dan kasar yaitu pasir, batu, batu pecah, atau bahan semacam lainnya, dengan menambahkan secukupnya 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 adalah nilai banding campuran dan mutu bahan susun, metode pelaksanaan pengecoran, pelaksanaan finishing, temperatur, dan kondisi perawatan pengerasannya.

Pada umumnya pengadukan bahan beton dilakukan dengan menggunakan mesin, 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 slump pada setiap adukan beton baru.

Nilai kuat tekan beton relatif tinggi dibandingkan dengan kuat tariknya, dan beton merupakan bahan bersifat getas. Nilai kuat tariknya berkisar 9% - 15% saja dari kuat tekannya [6]. Pada penggunaan sebagai komponen struktur bangunan, umumnya beton diperkuat dengan batang tulangan baja sebagai bahan yang dapat bekerja sama dan mampu membantu kelemahannya, terutama pada bagian yang menahan gaya tarik. Dengan demikian batang tulangan baja bertugas memperkuat dan menahan

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

gaya tarik, sedangan beton hanya diperhitungkan untuk menahan gaya tekan. Komponen sedemikian lazim disebut beton bertulang.

Untuk mengukur kekuatan tekan dari beton sebagai dasar dari marka kerucut dilakukan penelitian yang dilaksanakan di Lab. Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan dengan menggunakan :

Mesin Wykeham Farrance Engineering - Slough England

Gambar 3.13 Mesin Uji Tekan Beton Mesin Wykeham Farrance Engineering - Slough England

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Kekuatan beton dianggap penting dalam banyak kasus, maka terlebih dahulu kita harus mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan beton, yaitu antara lain

1. Material masing-masing

2. Cara pembuatan

3. Cara perawatan

4. Kondisi test

Sedangkan faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan beton dari materi penyusunnya ditentukan oleh faktor air-semen, porositas, dan faktor instrinsik lainnya. Terlebih dahulu disiapkan cetakan dari kayu untuk pencetakan dasar beton.

Gambar. 3.14 Cetakan Dasar

Cetakan terlebih adahulu harus diolesi dengan oli agar pada saat dibuka tidak menimbulkan kerusakan pada cetakan dan mempermudah proses pelepasan cetakan dari bahan yang telah jadi.

Langkah berikutnya adalah pengadukan, akan tetapi sebelum dilakukannya pengadukan bahan-bahan terlebih dahulu harus dipilih jenis pasir, semen, air, kerikil yang akan digunakan.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Dibawah ini adalah gambar dari pasir dan kerikil dipilih yang memiliki diameter 9-20 mm yang berasal dari kota Binjai, sedangkan air menggunakan aquades untuk memperoleh hasil yang baik, semen yang digunakan adalah Semen Padang.

Gambar. 3.15 Pasir yang Digunakan Pada Pencetakan Dasar Beton

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Selanjutnya pasir ditimbang dengan menggunakan Timbangan OHANS dengan ketelitian 0,01 gr sampai dengan 2,1 kg, semen 700 gr dan air sebanyak 1 liter.

Gambar 3.17 (a) Timbangan OHANS

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Setelah ditimbang, selanjutnya akan dilakukan proses pencampuran (mixing), pada proses pencampuran, material harus dicampur secara terdistribusi rata, hal ini dilakukan dengan tujuan agar mendapatkan hasil kekuatan yang maksimal. Rata tidaknya proses pencampuran akan terlihat dari warna dan konsistensinya.

Terlebih dahulu dimasukkan agregat kasar, semen, kemudian agregat halus, sedangkan air ditambahkan terakhir.

Gambar 3.18 (a) Proses Persiapan Pencampuran Adukan

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Waktu pengadukan awal diatur 30 detik, jika telah tercampur kemudian kecepatan pengadukan ditambahkan kembali dengan penambahan waktu 1 menit. Campuran tidak boleh melebihi kapasitas pengaduk karena akan menghasilkan campuran yang tidak merata.

Setelah adukan merata, maka langkah selanjutnya yang akan dilakukan adalah pencetakan, prosesnya adalah sebagai berikut :

1. Tuang adukan yang telah di mix ke dalam cetakan dasar yang telah diberi oli

terlebih dahulu seperti gamabar dibawah ini

Gambar 3.19 (a) Adukan Dituang Kedalam Cetakan yang Telah Disediakan

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

2. Padatkan dengan menggunakan benda pemadat, sambil ditekan-tekan perlahan

Gambar 3.19 (b) Proses Pemadatan Menggunakan Benda Pemadat

3. Tuang sisa adukan kedalam cetakan dengan ukuran 5x5 cm, yang selanjutnya akan digunakan sebagai material uji tekan sebanyak 6 buah

Gambar 3.19 (c) Proses Pencetakan Material Uji

2

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. 4. Kemudian dipadatkan kembali seperti halnya pada cetakan dasar

Gambar 3.19 (d) Adukan Setelah Dipadatkan

Beton yang telah dicetak didiamkan selama 7 hari (pengujian I) dan 28 hari (pengujian II) dan merupakan waktu maksimum pencapaian kekuatan hingga 95 %.

3.3.6. Pengujian Impak Dengan Menggunakan Metoda Ayunan Bola Beton

Langkah awal melaksanakan pengujian ayunan bola beton adalah dengan merangkai marka kerucut, dasar, dan strip base sedemikian rupa dengan menggunakan baut dan mur sebagai material tambahan untuk menyatukan material satu dengan yang lainnya.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.20 Marka kerucut Yang Telah Didesain Ulang

Metode penyambungannya adalah:

1. Dasar (base) beton dari marka kerucut dicetak sedemikian rupa dan diberi

baut dengan diameter 8 mm dan diatur jarak lubang agar sama (gambar 3.21)

2. Strip base dari karet yang mempunyai ukuran:

Panjang : 160 mm, lebar : 30 mm dan tebal : 6,8 mm diberi lubang, dengan jarak antar lubang 12 mm dari titik tengah lubang (gambar. 3.22)

1

2

3

Keterangan :

1. Traffic kerucut (Marka Kerucut). 2. Strip base

3. Base (dasar)

4. Baut

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

3. Kerucut dibuat lubang sebanyak 2 buah dengan diameter 5 mm pada setiap

sisi dan disesuaikan dengan letak strip base dengan jarak yang sama pula (gambar 3.23)

4. Pada ujung strip base dibuat 2 buah lubang (gambar 3.24)

5. Bese, strip base dan dasar disambungkan dengan menggunakan baut dan mur

agar tidak mudah lepas (gambar 3.25) dan diatur sesuai dengan ukuran sehingga terbentuk kesetimbangan diantaranya.

Gambar 3.21 (a) Dimensi Dasar Beton

280 mm 210 mm 310 mm

2

1

0

m

m

3

1

0

m

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.21 (b) Dasar Beton yang Telah Diberi Baut

Gambar 3.22 (a) Strip Base Karet

88 mm 106 mm 122 mm 160 mm

30

mm

15

mm

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.22 (b) Pemasangan Strip Base Karet

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.23 (b). Dasar Beton Setelah Dirangkaikan

Gambar 3.24. Strip Base

Ujung strip base yang diberi dua buah lubang yang kemudian disambungkan dengan menggunakan baut ke badan dasar

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.25.Marka Kerucut Setelah Didesain Ulang Setelah dilakukan desain ulang maka diperoleh :

Tabel 3.2. Pengukuran Lubang

Posisi lubang

Lubang 1 Lubang 2 Lubang 3 Tinggi 66,5 cm 63,6 cm 59,9 cm marka kerucut

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

a. Marka kerucut biasa = 2,699

kg

b. Marka keurcut base beton = 3,9210

kg

c. Base karet = 1,935 kg

d. Strip =

0,0426 kg

e. Baut + mur + ring = 0,0589 kg

3.4. Penyelidikan Stabilitas Marka Kerucut

Dalam melakukan penyelidikan dari stabilitas marka kerucut dilakukan dengan menggunakan metode ayunan bola jatuh yang dikenakan pada marka kerucut pada kerucut komersial maupun kerucut yang telah desain ulang, penyelidikan lain adalah dengan memberikan gaya eksternal langsung (menabrak kerucut) dengan menggunakan kenderaan bermotor dalam hal ini sepeda motor honda dan mobil.

3.4.1. Pengujian Impak dan Tarik Statik Material Marka Kerucut A. Pengujian Impak Prinsip Ayunan Bola jatuh

Tujuan eksperimen ini adalah mengumpulkan data pada minimum impak membuat marka kerucut terjatuh. Awal prosedur bola semen (berat total 8,5 kg) dipakai menjatuhkan marka kerucut dan jarak ayun bola semen dari marka kerucut dicatat.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.26 Impak Prinsip Ayunan Bola Jatuh

Metode kerja :

1. Satu tali baja difixed 2200 mm diatas lantai

2. Bola semen diikat ke ujung tali jadi bola tegantung diudara tinggi vertikal dari

lantai dari pusat bola dikontrol dan dicatat.

3. Dengan bola digantung dalam keadaan statis, marka kerucut ditempatkan jadi

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.27 Bola Diset Ditengah Marka Kerucut

4. Sisi kiri dan kanan tali dibuat alur (guiden), sehingga diusahakan tidak terjadi

swing atau pembelokan pada saat bola jatuh ketika menyentuh kerucut dan beban impak terjadi tepat ditengah bidang dari kerucut.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.28 (b) Posisi Awal Bola dan Guiden

5. Bola semen diayun kembali mengukur ketinggian secara bervariasi dan

menghasilkan jatuhnya marka kerucut. Jarak horizontal dari pusat bola ke titik impak dengan kerucut dicatat. Hal yang sama juga dilakukan untuk kerucut komersial dan kerucut yang menggunakan dasar beton.

6. Tinggi jatuh bola semen variasi dan bertahap diulangi hingga jarak horizontal

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Data eksperimen didapat energi impak minimum diperlukan menjatuhkan kerucut dengan perbedaan ketinggian vertikal ke pusat bola semen. Dengan pendekatan empiris dengan asumsi sebuah bandul, dengan massa m diikiatkan pada sebuah tali dengan panjang L. Kemudian masssa ini ditarik kesamping sehingga tali membentuk

sudut 0 dengan sudut vertikal dan dilepas dari keadaan diam.

Gambar 3.29 Empiris Prinsip Ayunan Bola Jatuh

Kedua gaya yang bekerja pada beban (dengan mengabaikan hambatan udara) adalah gaya gravitasi mg, yang bersifat konservatif, dan tegangan T, yang tegak lurus terhadap gerakan dan karena itu tidak melakukan kerja. Oleh karena itu, dalam persoalan ini energi mekanik sistem beban-bumi adalah kekal.

Kita pilih energi potensial gravitasi bernilai nol didasar ayunan. Semula, beban berada pada ketinggian h didasar ayunan dan diam. Energi kinetiknya bernilai

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

nol dan energi potensial sistem bernilai mgh. Jadi, energi total awal dari sistem adalah :

mgh Ui

Ki

Ei = + =0+

Ketika bandul berayun turun, energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Maka energi akhir dari dasar ayunan menjadi :

2 2 2 1 0 2 1 mv mv Uf Kf

Ef = + = + =

Selanjutnya kekekalan energi memberikan :

mgh mv Ei Ef = = 2 2 1

Dan untuk mendapatkan kelajuan yang dinyatakan dalam sudut awal 0, harus

dihubungkan h dengan 0. Jarak h berhubungan dengan 0 dan panjang bandul L

melalui

) cos 1 (

cosθ₀ = − θ₀

=

=L L L

h

Dengan demikian, energy yang diberikan ayunan bandul ke marka kerucut yang akan diuji adalah:

B. Menggunakan Kenderaan Bermotor

Kenderaan bermotor digunakan untuk menabrak/menyentuh langsung marka kerucut dengan terlebih dahulu dilakukan pengukuran terhadap tinggi sentuh

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

kenderaan maksimum terhadap kerucut. Kecepatan kenderaan dengan menggunakan sepeda motor maupun mobil diatur bervariasi antara 20 s.d 45 km/jam. Untuk sepeda motor dihubungkan kayu mendekati sayap sepeda motor sehingga kayu diasumsikan sebagai media sentuh dengan kerucut pada saat jalan. Sedangkan untuk mobil dilakukan dengan menyentuh/menabrak langsung kerucut dengan kecepatan yang sama seperti sepeda motor. Seperti diperlihatkan pada gambar-gambar dibawah ini.

Gambar 3.30 Pengujian Dengan Menggunakan Sepeda Motor

Diasumsikan bahwa jarak ketinggian kayu sama dengan jarak sentuh marka kerucut dengan sayap sepeda motor yang berkisar 425 mm dari permukaan aspal.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.31. Pengujian Dengan Mobil

3.5. Simulasi Menggunakan Metode Elemem Hingga

Simulasi komputer, dalam riset ini menggunakan metoda elemen hingga (MEH), yang bertujuan untuk membuktikan secara kwalitatif dan kwantitatif perilaku mekanik marka kerucut yang diuji. Dalam simulasi ini diperlukan beberapa data yang diperoleh dari hasil pengujian di laboratorium yaitu:

1. Model pembebanan pada simulasi Metode Elemen Hingga yang diambil dari

grafik tegangan insiden hasil uji impak.

2. Data-data yang diperlukan antara lain sifat mekanik dari material yang

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

3. Data-data lain yang diperlukan adalah dimensi dan geometri marka kerucut

desain ulang.

Dalam simulasi perlu dibuat model geometri marka kerucut. Bentuknya cukup komplek untuk dibuat dengan software yang digunakan untuk analisa Metode Elemen Hingga, sehingga diperlukan software tambahan untuk pemodelan tersebut yaitu dengan menggunakan SolidWorks.

Untuk mengetahui distribusi tegangan yang terjadi digunakan software ANSYS dan NASTRAN. Pada penelitian ini juga akan dianalisa distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut desain ulang dengan pengaturan panjang tali baja yang menggunakan NASTRAN dimana pengujian dilakukan pada titik-titik tertentu pada elemen yang akan ditentukan sebelumnya, hal ini berguna untuk mengetahui sejauh mana marka kerucut desain ulang dapat menahan beban eksternal, pembahasan masalah ini akan selanjutnya akan dibahas pada BAB IV.

Gambar berikut ini adalah sket marka kerucut komersial dan marka kerucut yang telah di desain ulang.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 3.32 (a) Sket Marka Kerucut Polimer Komersial

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Evaluasi Marka Kerucut Komersial

Untuk marka kerucut komersial dilakukan pengujian stabilitas yang sama seperti kerucut yang telah di desain ulang, dari hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut :

4.1.1. Menggunakan Metoda Ayunan Bola Jatuh

Percobaan dilakukan seperti gambar 4.1, dimana marka kerucut standard komersial diatur panjang tali 2200 mm sehingga diperoleh energi impak minimum sebesar 20,35 Joule dan marka kerucut tidak jatuh, sedangkan pada pengujian kedua dengan panjang tali 1710 mm dan energi impak sebesar 30,01 Joule marka kerucut jatuh (seperti diperlihatkan pada Tabel 4.9).

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. 4.1.2. Menggunakan Sepeda Motor Honda Supra

Diasumsikan jarak ketinggian kayu samadengan jarak sentuh marka kerucut dengan sayap sepeda motor yang berkisar 425 mm dari permukaan aspal.

Dari hasil percobaan diperolah data sebagai berikut:

Tabel 4.1. Pengujian Marka Kerucut Komersial Menggunakan Sepeda Motor

Kecepatan Sepeda Motor Keterangan

20 km/jam Jatuh

30 km/jam Jatuh

40 km/jam Tidak Jatuh (Bergeser 4m

kearah kanan)

45 km/jam Jatuh (Bergeser 2m kearah

kanan)

Gambar 4.2 Pengujian Menggunakan Sepeda Motor

425 m

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Dari hasil percobaan diperoleh bahwa kerucut komersial mudah terjatuh jika terbentur dengan gaya ekternal, akan tetapi pada kecepatan tertentu (40km/jam) marka kerucut tidak jatuh, tetapi tercampak sejauh 4 m kekanan, dengan demikian kecepatan sepeda motor yang menyentuh kerucut sangat mempengauhi kestabilannya. Atau dengan kata lain kerucut komersial mengalami perubahan posisi pada saat menerima gaya eksternal.

4.1.3. Menggunakan Mobil Jenis Mini Bus (Panther)

Diasumsikan bahwa jarak ujung bamper mobil merupakan jarak sentuh

terhadap marka kerucut dengan ketinggian berkisar 550 mm dari permukaan aspal.

Dari hasil percobaan diperolah data sebagai berikut:

Tabel 4.2. Pengujian Marka Kerucut Komersial Menggunakan Mobil

Kecepatan Mobil Keterangan

20 km/jam Tidak Jatuh (bergeser 2m)

30 km/jam Jatuh (posisi bergeser) dan

mengalami pecah

40 km/jam Jatuh dan pecah

45 km/jam Jatuh dan pecah

Dari hasil percobaan diperoleh bahwa marka kerucut mengalami pecah pada bahagian dasarnya pada kecepatan 30 km/jam, hal ini juga dipicu pada saat kecepatan tersebut ban mobil juga menindih dasar sehingga pecah bagian

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

bawahnya. Pada kecepatan ini juga marka kerucut bergeser kekiri, hal ini membukt ikan bahwa kerucut komersial tidak memiliki berat yang optimal, sehingga mudah tergeser-geser.

Semakin tinggi kecepatan kenderaan yang menyenggol marka kerucut. Maka akan semakin jauh pergeseran yang ditimbulkannya.

Gambar 4.3 Pengujian Dengan Mobil

Dibawah ini adalah gambar marka kerucut komersial yang telah mengalami pecah pada bahagian dasarnya, dan bahagian yang pecah tersebut terjadi dibatas antara kerucut atas dengan dasarnya.

550 m

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 4.4. Marka Kerucut Komersial yang Mengalami Pecah

Selain bahagian sambungan dibawah ini, kerusakan juga terjadi pada bahagian bawah (base) dari marka kerucut, hal ini disebabkan bahagian dasar yang mengalami kontak langsung dengan aspal jalan pada saat kerucut tergeser ataupun tercampak, sehingga lama-kelamaan akan muncul retak yang akan memicu terjadinya pecah bahagian dasar kerucut.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 4.5 Dasar Marka Kerucut yang Mengalami Kerusakan

4.2. Analisa Marka Kerucut yang Telah Didesain Ulang

Analisa ini dilakukan sebagai perbandingan untuk pengujian stabilitas dari marka kerucut dengan beberapa metoda.

4.2.1. Metoda Ayunan Bola Jatuh

Sebelum kita melakukan pengujian dengan metoda ini terlebih dahulu kita harus melakukan analisa setiap bahagian yang akan kita desain ulang. Hal ini

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Tensile Strength rubber hardness 79

0 5 10 15 20 25 30 35 40

1 6 _{11 16 21 26 31 36 41 46 51}

Elongation

L

o

a

d Pengujian 1

Pengujian 2 Pengujian 3

bertujuan untuk mengetahui membandingkan sejauh mana kemampuan dari marka kerucut yang kita desain dalam stabiliasnya.

A. Analisa Uji Tarik Karet Strip Base

Percobaan dilakukan dengan menggunakan 3 buah spesimen uji tarik dan dari hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut :

Tabel 4.3. Hasil Pengukuran Uji Tarik Karet

Hasil

Standard Sampel Tensile Test ASTM D 412

Pengujian I Pengujian II Pengujian III Load (kgf)

Stroke (mm/s)

6,74 9,11 9,75 334,79 386,71 421,99

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 4.7 Pertambahan Panjang Setelah Uji Tarik

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Dari hasil percobaan diperoleh harga pertambahan panjang pada :

Spesimen karet I : 14,4 cm

Spesimen karet II : 14,8 cm

Spesimen karet III : 15,3 cm

B. Analisa Strip Base Akibat Gaya Gravitasi

Kelenturan dari strip base pada marka kerucut dapat dilakukan dengan memberikan gaya gravitasi ke karet (strip base itu sendiri) dengan panjang 16 cm. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk melihat sejauh mana kelenturan karet tersebut pada setiap panjangnya akibat beret strip base itu sendiri terhadap gaya gravitasi.

Cara kerjanya adalah:

1. Keret strip dari marka kerucut diletakkan pada bidang datar kemudian

diberi tumpua n.

2. Variasikan pengukuran yaitu dengan mengukur panjang strip, dan diambil

titik acuan panjang karet adalah bidang datar

3. Pengukuran juga divariasikan dengan menggunakan lebar strip base 30

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 4.9 Strip Base Dengan Lebar 30 mm, 40 mm, 50 mm Dari hasil pengujian diperoleh :

Tabel 4.4 Pengujian Strip Base Akibat Gaya Gravitasi Tanpa

pembebanan (m)

Defleksi (m) Beban (grm) W30 W40 W50 W30 W40 W50 (48,75 g) (62,02g) (90,38 g)

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,3 0,7 0,9 1,2 1,3 1,4 1,9 2,2 0,4 0,8 1,3 1,6 2,2 2,6 2,9 5,0 0,7 0,9 1,4 1,7 2,4 2,8 3,1 5,4 2,23 4,47 6,71 8,95 11,19 13,43 15,67 17,91 2,98 5,97 8,95 11,94 14,93 17,91 20,91 23,89 3,73 7,46 11,19 14,93 18,66 22,39 26,13 29,86 0,09 0,1 2,4 2,8 6,7 7,1 7,1 7,8 20,15 22,39 26,87 29,86 33,59 37,33

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Pengaruh berat karet

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1

Panjang karet (mm)

D

p

leksi

(

m

m

Lebar 30 mm Lebar 40 mm Lebar 50 mm

Gambar 4.10 Grafik Kelenturan Strip Base

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. C. Analisa Kekuatan Beton Sebagai Dasar Dari Marka Kerucut

Beton sangat baik dalam menahan tegangan tekan dari pada jenis tegangan yang lain, hal ini umumnya sangat dimanfaatkan dalam pengujian struktur beton.

Faktor-faktor intrinsik dari kekuatan beton antara lain :

1. Kekuatan agregat, khususnya agregat kasar

2. Kekuatan pasta semen

3. Kekuatan ikatan/lekatan antara semen dengan agregat

Beton adalah material komposit dimana kekuatan adalah fungsi dari kekuatan semen, kekuatan agregat dan interaksi antara komponen-komponennya.

Seperti diperlihatkan dalam Gbr. 4.12 dibawah ini.

Gambar 4.12 Kurva Stress-Strain Tipikal Untuk Agregat, Pasta Semen dan Beton Agregat

Pasta Beton

St

re

ss

(

)

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

Dalam pengujian kekuatan beton ini dilakukan uji tekan dengan tempo 7 hari dan 28 hari. Langkah-langkah pengujian adalah sebagai berikut :

1. Siapkan cetakan untuk pengujian, cetakan yang digunakan 6 buah dengan

dengan ukuran 5 x 5 cm dan terlebih dahulu diberi minyak pada cetakan agar mudah dikeluarkan pada saat beton kering.

Gambar 4.13. Cetakan Pengujian

2. Tekan-tekan adukan pada cetakan agar materialyang akan terbentuk bisa

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 4.14 (a) Proses Pencetakan Dengan Terlebih Dahulu Dipadatkan

Menggunakan Alat Tekan

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

3. Selanjutnya cetakan yang telah diisi material tersebut dibiarkan sampai watu yang diinginkan, pada penelitian ini beton di uji pada umur 7 hari dan 28 hari waktu pengujian, karena dianggap dengan waktu tersebut beton telah mencapai kekuatan maksimumnya.

Gambar 4.15 Beton Pengujian yang Telah Siap Uji

4. Dengan menggunakan Mesin Wykeham Farrance Engineering - Slough

England

Beton yang akan diuji diletakkan ditengah mesin uji dengan menggunakan penyangga.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 4.16 Mesin Wykeham Farrance Engineering - Slough England 5. Nol kan pembacaan kuat tekan pada mesin, dan perhatikan jarum yang

berwarna merah yang merupakan pembacaan kekuatan tekan pada beton, sedangkan jarum hitam adalah penunjukan nilai awal sebelum diberikan tekanan. Kemudian catat. Jika jarum merah telah berhenti dan kembali langsung mendekati jarum hitam, berarti beton telah menerima penekanan maksimum, dan beton akan hancur.

Mesin uji tekan

Material uji

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 4.17 Mesin Pembacaan Kuat Tekan Mesin WF

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 4. 19 Beton yang Telah Hancur

Kegiatan ini dilakukan berulang dengan menggunakan 3 buah material uji. Kegiatan ini juga akan dilakukan sama untuk beton dengan umur 28 hari, dan hasil yang dipeoleh menunjukkan bahwa semakin lama umur beton maka kekuatan tekannya akan semakin tinggi.

Data kuat tekan beton ada pada Lampiran I.

D. Analisa Dasar Beton Akibat Gaya Keatas

Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui kekuatan dari dari dasar beton untuk menahan agar marka kerucut tidak jatuh akibat gaya eksternal dari luar, sehingga dapat diseimbangkan dengan gaya internal dari marka kerucut.

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Cara pengujiannya:

1. Dasar beton diletakkan pada bidang datar kemudian diberi tumpuan

2. Dasar beton dihubungkan dengan tali kemudian ikatan tersebut

dihubungkan denga material pemberat

3. Variasikan pengukuran dengan mengukur tinggi dasar yang terangkat

akibat adanya pemberat dari lifting (titik acuan dari dasar adalah bidang datar)

4. Lakukan terus dengan memberikan variasi pemberat

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Gambar 4.21 Dasar Beton yang Diberi Pemberat

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Tabel 4.5 Pengujian Lifting Dengan Penumpuan

Pemberat Test 1 Test 2 Test 3 Rata -rata

Beban Gaya Jarak Jarak Jarak Jarak

(grm) (N) Vertikal Vertikal Vertikal Vertikal

(mm) (mm) (mm) (mm)

29,80 0,292 0 0 0 0

30,53 0,299 0 0 0 0

32,83 0,321 0 0 0 0

37,66 0,369 0 0 0 0

38,18 0,374 0 0 0 0

43,61 0,427 0 0 0 0

48,08 0,471 0 0 0 0

48,78 0,478 0 0 0 0

1800 17.64 14 14,5 15 0

1829,3 17,92 14 14,5 15 0

1859,8 18,22 14 14,5 15 0

1892,6 18,54 14 14,5 15 0

1930,3 18,91 14 14,5 15 0

1968,5 19,29 14 14,5 15 0

2012,1 19,72 14 14,5 15 0

2060,2 20,19 14 14,5 15 0

2108,9 20,66 14 14,5 15 0

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Tabel 4.6 Pengujian Lifting Dengan Tanpa Penumpuan

Pemberat Test 1 Test 2 Test 3 Rata -rata

Beban Gaya Jarak Jarak Jarak Jarak

(grm) (N) Vertikal Vertikal Vertikal Vertikal

(mm) (mm) (mm) (mm)

29,80 0,292 0 0 0 0

30,53 0,299 0 0 0 0

32,83 0,321 0 0 0 0

37,66 0,369 0 0 0 0

38,18 0,374 0 0 0 0

43,61 0,427 0 0 0 0

48,08 0,471 0 0 0 0

48,78 0,478 0 0 0 0

1800 17.64 18 19 21 0

1829,3 17,92 37,5 35 39 0

1859,8 18,22 38 36 40 0

1892,6 18,54 45 46 48 0

1930,3 18,91 47 48 47 0

1968,5 19,29 70 72 73 0

2012,1 19,72 107 105 108 0

2060,2 20,19 116 112 118 0

2108,9 20,66 117 116 118 0

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009. Kayu Balok 2x4"

Kabel baj a Ø 5

TAMPAK ATAS

TAMPAK DEPAN TAMPAK SAMPING

Lampiran 2