Umum Alur Penelitian Waktu dan Tempat Diagram Alir Penelitian

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Umum

Pada bab tiga ini akan dibahas tentang alur penelitian, alat dan bahan untuk pengujian dan langkah–langkah pembuatan spesimen uji. Spesimen tersebut akan diuji dengan uji tekan statik, uji penyerapan air untuk mengetahui sifat–sifat mekanik dari material tersebut. Material yang digunakan berbahan polistirena sebagai bahan aditif yang dicampur bersama agregat pasir dengan adanya dikumil peroksida dan divenil benzena.

3.2. Alur Penelitian

Awal penelitian ini dimulai dengan mengumpulkan sebanyak banyaknya literatur dari buku – buku maupun internet. Studi literatur dilakukan agar penulis dapat memudahkan interprestasi fisik tentang tujuan akhir penelitian. Studi literatur dilakukan terus menerus hingga penulis memahami betul tentang penelitian yang akan dikerjakan. Setelah literatur dikerjakan, penulis menyiapkan bahan dan alat untuk pembuatan spesimen uji. Setelah mengumpulkan bahan dan alat, maka tahap selanjutnya adalah pembuatan spesimen uji. Pembuatan spesimen dilakukan dengan pencampuran bahan polistirenasebagai bahan aditif yang dicampur bersama agregat pasir dengan adanya dikumil peroksida dan divenil benzena. Pembuatan spesimen ini memerlukan ketelitian agar spesimen yang dihasilkan dapat mendekati sempurna. Setelah pembuatan spesimen selesai, tahap UNIVERSITAS SUMATERA UTARA selanjutnya adalah dengan melakukan pengujian. Tahap terakhir adalah dengan melakukan analisis terhadap spesimen yang telah diuji.

3.3. Waktu dan Tempat

Waktu penelitian ini direncanakan selama empat bulan yang dimulai dari Maret sampai dengan Juli 2012. Tempat dilaksanakannya penelitian adalah di Laboratorium Kimia Polimer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.Untuk uji tekan dan penyerapan air dilakukan di Laboratoriun Fisika Fakultas Matemetika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

3.4. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan spesimen adalah seperti berikut :

3.4.1. Alat-Alat

Adapun yang menjadi alat-alat dalam penelitian ini adalah : 1. Gelas Beaker 100 mL Pyrex Gelas beaker berfungsi sebagai wadah tempat mencampur bahan. Gelas Beaker yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut : Kapasitas : 100 ml Merek : Pyrex UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.1 Gelas Beaker 100 mL Pyrex 2. Gelas ukur 50 mL Pyrex Berfungsi untuk mengukur banyaknya toluena yg diperlukan untuk melarutkan polistirena. Gelas ukur yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut : Kapasitas : 50 ml Merek : Pyrex UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.2 Gelas ukur 50 mL Pyrex 3. Cetakan sampel kubus ukuran sisi 5 cm ASTM C 348-2002 Cetakan spesimen berbentuk kubus dengan ukuran sisi 5 cm. Digunakan untuk mencetak spesimen. Gambar 3.3 Cetakan sampel kubus ukuran sisi 5 cm ASTM C 348-2002 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 4. Neraca Analitik Digunakan untuk meninbang bahan - bahan yang dipakai untuk membuat spesimen yang akan diuji. Gambar 3.4. Neraca Analitik Neraca analitik yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut : Merek : Acis Ketelitian : 0.1 gr Beban Maksimum: 500 gr Keterangan gambar 3.4 : 1. Tempat beban yang akan diukur 2. Indikator 3. Tombol Power 1 2 3 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 5. Hot Plate Fisher Dyna Mix Berfungsi sebagai alat pemanas Gambar 3.5 Hot Plate Hot Plate Fisher Dyna Mix yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut : Temperatur Heat Maksimum : 100 °C Merek : Corning PC 400 D Keterangan gambar 3.5 : 1. Lempengan pemanas 2. Tombol putar temperatur 3. Tombol putar kecepatan pemanas 1 2 3 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 6. Oven Gallenkamp Plus II Berfungsi untuk mengeringkan bahan Gambar 3.6 Oven Oven Gallenkamp Plus II yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut : Temperatur : 30-200 °C Merek : Gallenkamp Plus II Keterangan gambar 3.6 : 1. Indikator 2. Tombol Control Thermostat 3. Tombol Safety Thermostat 4. Tombol Variasi Temperatur 5. Tombol Cyclic Timer 1 2 3 4 5 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 7. Hot Compressor Gonno Hydraulic Press Berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk bahan cetak yang berdasarkan pada pemanasan. Gambar 3.7 Hot Compressor Hot Compressor Gonno Hydraulic Press yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut : Merek : Gonno Hydraulic Press Keterangan gambar 3.7 1. Indikator kekuatan tekan 2. Indikator temperatur I 3. Indikator temperatur II 4. Tombol Power 5. Tombol Penggerak Motor 4 5 6 7 8 1 2 3 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 6. Tombol Down up 7. Tombol Off heater down on 8. Tombol off heater up on 8. Mesin uji kuat tekan Tokyo Testing Machine Type-20E MGF Merupakan alat yang digunakan untuk menguji : - Kekuatan tarik tensile strength - Kekuatan tekan compressive strength - kekuatan bending flexural strength Menggunakan piston yang digerakkan oleh pompa hidraulik Memiliki skala 100 kgf, 200kgf, 400kgf, 1000 kgf dan 2000 kgf.. Grafik pengujian yang dilakukan dicetak di kertasgrafik . Gambar 3.8 Mesin Uji Tekan Tokyo Testing Machine 1 2 3 4 5 7 6 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Spesifikasi mesin uji tekan Tokyo Testing Machine Type-20E MGF: - Nama : Electronic System Universal Testing Machine - Pabrikan : Tokyo Japan - Gaya max : 2000 kgf - Stroke : 250 mm - Kec. Piston : 0 – 250 mmmin Keterangan gambar 3.6 : 1. Pencekam spesimen 2. Indikator load Tegangan 3. Indikator stroke Regangan 4. Skala uji tarik 5. Tombol power 6. Alat untuk menggambarkan grafik pengujian pada Kertas grafik 7. Mesin penggerak UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.4.2. Bahan Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

1. Aspal iran dengan tipe grade 6070 Aspal yang digunakan untuk membuat spesimen adalah aspal dengan angka penetrasi 6070 Gambar 3.9 Aspal penetrasi 6070 2. Polistirena Polimer yang digunakan sebagai bahan campuran aspal adalah polistirena Gambar 3.10 Polistirena UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 3. Agregat pasir halus Pasir yang digunakan adalah pasir lolos ayakan 0,6 mm Gambar 3.11 Pasir halus 4. Dikumil Peroksida Digunakan sebagai inisiator radikal bebas. Gambar 3.12 Dikumil Peroksida UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 5. Divenil Benzena Divenil Benzena adalah zat crosslinking ikat silang yang sangat baik dan juga meningkatkan sifat-sifat polimer. Gambar 3.13 Divenil Benzena 3.5. Prosedur Penelitian 3.5.1 Preparasi Agregat 1. Agregat berupa pasir halus dicuci terlebih dahulu dengan air, kemudian dikeringkan di oven pada suhu 110 o 2. Seluruh agregat pasir halus disaring dalam ayakan. C. 3. Hasil ayakan dibuat masing-masing ke dalam 300 g.

3.5.2 Preparasi Bahan Polimer

Polistirena dibuat ke dalam variasi : 5 g, 15g, dan 25g . UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.5.3 Proses Pembuatan Aspal Polimer

1. Sebanyak 45 g aspal dimasukkan ke dalam wadah, dan dipanaskan pada suhu 100° C sampai meleleh. 2. Ketika aspal dipanaskan, 5g polistirena dilarutkan dengan toluena C1. 3. Ditambahkan 300 g pasir halus ke dalam wadah aspal yang sudah dilelehkan tersebut secara perlahan sambil diaduk pada temperatur yang sama selama 15 menit C2. 4. Hasil pencampuran aspal dan pasir didinginkan pada suhu kamar. 5. Ditambahkan 1 gr Dikumil Peroksida ke dalam larutan polistirena ,kemudian ditambahkan 1 gr Divenil Benzena, sambil tetap diaduk selama 5 menit C3 6. Larutan polistirena tersebut dicampurkan kedalam campuran aspal sambil diaduk hingga merata C4. 7. Campuran tersebut dimasukkan ke dalam cetakan kubus, dan ditempatkan ke dalam Hot Compressor pada suhu 120°C selama 20 menit. 8. Hasil cetakan didinginkan pada suhu kamar, kemudian dikeluarkan dari cetakan untuk di uji. 9. Perlakuan yang sama juga dilakukan pada Polistirena dan aspal dengan variasi perbandingan bb dalam 50 gram :5:45; 15:35; dan 25:25 . UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.14 Skema pencampuran bahan aspal polimer Aspal Pasir Polistirena Toluena C1 Dikumil dan Divenil benzena C2 C3 C4 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.15 Bentuk Spesimen aspal polistirena

3.6. Karakterisasi Aspal Polimer

Hasil yang diperoleh kemudian dikarakterisasi untuk menentukan nilai- nilai sifat-sifat fisik dan mekanik dari pembuatan aspal polimer yaitu dengan Pengujian Penyerapan Air Water Absorption Test , Pengujian Kuat Tekan Compressive Strengh Test dan simulasi dengan menggunakan Ansys 12. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.16 Diagram pohon sampel hasil variasi komposisi volume bahan baku Aspal + Polistirena Aspal murni Perendaman air 5gr Ps + 45gr Aspal 15gr Ps + 35gr Aspal 25gr Ps + 25gr Aspal Perendaman air Perendaman air Perendaman air Uji tekan I Uji tekan II Uji tekan III Uji tekan I Uji tekan II Uji tekan III Uji tekan I Uji tekan II Uji tekan III Uji tekan I Uji tekan II Uji tekan III UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.6.1. Proses Pengujian Penyerapan Air Water Absorption Test

Untuk mengetahui besarnya penyerapan air oleh aspal polimer yang telah dibuat mengacu pada ASTM C 20-00-2005 dengan dilakukan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Ditimbang berat sampel dan dicatat sebagai massa kering 2. Kemudian benda uji direndam di dalam bak perendaman dengan ketinggian air separuh dari tinggi benda uji selama 1 x 24 jam, kemudian diangkat dan permukaannya dilap dengan kain halus dan ditimbang disebut dengan massa jenuh. 3. Dihitung nilai uji daya serap air dengan menggunakan persamaan 2.6, maka nilai uji daya serap air oleh aspal polimer dapat ditentukan. Gambar 3.17 Proses Perendaman Spesimen

3.6.2. Proses Pengujian Kuat Tekan

Compressive Strength Test Alat yang digunakan pada uji tekan adalah Tokyo Testing Machine Type- SC 2DE dengan kapasitas 2000 Kg.f ,kecepatan 20mmmenit dan mengacu pada ASTM D 1559-76. Dengan prosedur pengujian sebagai berikut : UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 1. Sampel yang di uji berbentuk kubus dengan sisi 5 cm. 2. Kemudian sampel ditempatkan pada mesin uji tekan. Pembebanan diberikan sampai benda uji runtuh, yaitu pada saat beban maksimum bekerja. Beban maksimum dicatat sebagai F max. 3. Dihitung nilai uji kuat tekan dengan menggunakan persamaan 2.1, maka nilai dari uji kuat tekan dari aspal polimer dapat ditentukan. Gambar 3.18 Posisi Spesimen Sebelum Mendapatkan Perlakuan Tekanan UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Sedangkan untuk melihat kondisi spesimen setelah mendapat tekanan pada mesin uji tekan dapat dilihat pada gambar 3.19 berikut. Gambar 3.19 Proses Pengujian Kuat Tekan

3.7. Proses Simulasi Numerik

Dalam simulasi ini software yang digunakan yaitu Ansys.Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui distribusi tegangan akibat beban statik.Dalam permodelan gambar seperti material uji tekan statik aksial terlebih dahulu dibuat bentuk geometri dan dimensi.Dan software yang digunakan adalah Ansys 12.yang berbasis Metode Elemen Hingga MEH. Simulasi komputer dilakukan untuk mengklarifikasi perilaku mekanik yang terjadi akibat pengujian secara eksperimental. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.7.1. Simulasi Uji Tekan Statik

Langkah-langkah simulasi dengan menggunakan Ansys 12 diperlihatkan pada gambar 3.20. Gambar 3.20 Langkah-langkah simulasi pada Ansys 12

3.7.2. Tampilan Pembuka Ansys 12

Tampilan awal Ansys 12 ditunjukkan seperti pada Gambar 3.21. Gambar 3.21 Tampilan awal ansys 12 Permodelan Spesimen langsung dibuat melalui software simulasi Ansys12, dimana software program ini mampu melakukan analisa pembebanan statik aksial UNIVERSITAS SUMATERA UTARA dan dinamis, analisa temperatur, deformasi, defleksi, tegangan pada truss, dan sebagainya.

3.7.3. Pemodelan Spesimen

Adapun proses Pemodelan dari Ansys 12 dilakukan langsung dari program Ansys 12 yaitu dari menu file pilih preprocecor Modeling Volume Block By 2 Corner Masukkan Nilai Koordinat 0,0 dan Dimensi 50,50,50 seperti pada Gambar 3.22 . Gambar 3.22.Tampilan pembuatan gambar spesimen melalui ansys. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Maka model spesimen pada ansys akan tampak pada gambar 3.23 berikut. Gambar 3.23.Model spesimen melalui ansys

3.7.4. Mendefinisikan Element Type

Untuk mendefinisikan karakteristik geometri, maka langkah prosesnya adalah: pilih menu Element type AddEditDelete. Lalu pilih jenis materialnya dan jenis element yang akan dianalisa, dipilih elemen solid seperti Gambar 3.24. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.24. Tampilan element type

3.7.5. Real Constants

Adapun langkah-langkahnya adalah : Klik Preprocessor Real Constant addeditdelet. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada tampilan gambar 3.25 berikut : Gambar 3.25 Tampilan Real Constants UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.7.6. Mendefinisikan Model Bahan

Langkah mendefenisikan Model bahan adalah: Klik Preprocessor Material Props Material Models Stuctural Linear Elastic Isotropic masukkan nilai E dan poisson ratio. Untuk lebih jelas tampilan blog untuk membuat gambarnya dapat dilihat pada Gambar 3.26.berikut. Gambar 3.26. Tampilan nilai Modulus youngs dan poisson’s ratio pada ansys12 Kemudian ,Preprocessor Material PropsMaterial ModelsStucturalDensity masukkan nilai Density maka blognya akan tampak seperti gambar 3.27 berikut. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.27. Tampilan nilai density pada ansys 12.

3.7.7. Proses Meshing

Ukuran mesh sangat mempengaruhi hasil dalam analisa ini. Namun dalam skripsi ini tidak dibahas lebih lanjut mengenai pengaruh ukuran tersebut.Hal ini dikarenakan keterbatasan sistem komputer yang digunakan.Disini proses menerapkan ukuran mesh sesuai kemampuan komputer yaitu dengan langkah sebagai berikut :Klik preprocessor meshingmesh toolsmart size global masukkan nilai mesh = 5 mesh model Ok.Tampilan pembuatan mesh tampak pada gambar 3.28. dan 3.29 berikut : UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.28 Proses meshing material Gambar 3.29 Gambar spesimen hasil meshing UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.7.8. Proses Solution

1. Membuat Tumpuan Pada proses membuat tumpuan langkah perintahnya adalah dengan pilih Klik solution define load apply stucturular Displacementon area pilih pada bagian bawah model ok klik alldof ok.Tampilan untuk membuat tumpuan seperti tampak pada Gambar 3.30 berikut. Gambar 3.30. Tampilan untuk membuat tumpuan. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2. Mendefenisikan Beban Untuk mendefinisikan beban pressure langkah perintahnya adalah : klik DifineloadApplyForcemomentTampilkan pandangan depan klik boxpilih bagian atas model okpilih FYmasukkan nilai gaya F=19614 N ok.Untuk lebih jelas dapat dilihat pada blog gambar 3.31. Gambar 3.31 Tampilan untuk mendefinisikan beban pressure UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.7.9. Proses Analyzing

Untuk menganalisa dilakukan dengan cara: pilih menu file solve current LS OK Tunggu hingga Solution Done seperti terlihat pada gambar 3.32. Gambar 3.32.Tampilan analisa. Setelah proses sudah selesai maka akan muncul perintah Close. Dan untuk menampilkan hasil analisa voin mises dengan cara pilih: General portproclist result nodal solutionstressvoin mises ok. Dan untuk lebih jelas dilihat pada Gambar 3.33 berikut. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.33. Tampilan untuk melihat hasil analisa von mises Dan untuk menampilkan hasil analisa Displacement dengan cara pilih: General portproclist result nodal solutionDOF solution displacement vector sum ok. Dan untuk lebih jelas dilihat pada Gambar 3.34 berikut. Gambar 3.34. Tampilan untuk melihat hasil analisa displacement. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.8. Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.35 Diagram Alir Penelitian Mulai Studi Literatur Membuat Spesimen Berhasil Persiapan Pengujian Simulasi Numerik Hasil Laporan Selesai Ya Berhasil Pengujian Disetujui Tidak Tidak Ya UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan ditampilkan data hasil pengujian daya serap air dan uji tekan, kemudian data hasil pengujian dianalisa untuk mendapatkan sifat mekanik dan kegagalan yang terjadi dari spesimen uji, dan uji tekan statik melalui simulasiAnsys12.

4.1. Hasil Pengujian

4.1.1. Hasil Pengujian Daya Serap Air

Analisa serapan air dengan merendam sampel selama 24 jam, dari berbagai persentase campuran diperoleh sampel yang lebih banyak mengandung aspal menyerap air lebih banyak, dimana selisih ini dijadikan dalam persen berat air yang terserap. Tabel 4.1 Data hasil uji daya serap air spesimen ASTM C 20-00-2005 Variasi PS : Aspal Spesimen � � gr � � gr 0gr : 50gr A1 320,4 322,2 A2 321,3 322,9 A3 317,6 319,4 5gr : 45gr B1 320,6 321,9 B2 324,2 325,4 B3 320,1 321,3 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA