Analisa Struktur Dan Material Speed Bump Dengan Bahan Concrete Foam Untuk Penggerak Tenaga Listrik
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Speed Bump
Speed Bump disebut juga sebagai alat pembatas kecepatan adalah bagian
jalan yang ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang
melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar
meningkatkan keselamatan bagi pengguna jalan. Gambar Speed Bump
diperlihatkan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Speed Bump
Alat pembatas kecepatan tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat
putih agar terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Untuk
meningkatkan keselamatan dan keamanan bagi pengguna jalan, ketinggianya
diatur dan apabila melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu
pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adanya Speed Bump, khususnya pada
malam hari, maka Speed Bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis
serong berwarna putih atau kuning yang kontras sebagai pertanda [6].
10
Universitas Sumatera Utara
Ukuran speed bump (pembatas kecepatan kendaraan) sudah diatur dalam
Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 3 Tahun 1994 tentang Alat
Pengendali dan Pengaman Pemakai Jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi
maksimum Pembatas kecepatan kendaraan adalah 15 cm dan sudut kemiringan
15˚. Speed Bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar
terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas.
Speed bump akan bermanfaat jika ditempatkan dan didesain sesuai dengan
aturan misalkan di jalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai
kelas jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan
pekerjaan konstruksi. kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya
tidak boleh lebih dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan
kondisi diatas maka akan bermanfaat [6].
Speed Bump yang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan, tapi
juga membahayakan si pengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak
sesuai mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar.
Speed bump ditempatkan pada:
1.
Jalan di lingkungan pemukiman.
2.
Jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC.
3.
Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi.
Berikut ini gambar desain standar speed bump (pembatas kecepatan
kendaraan) yang sesuai ketentuan pemerintah pada Gambar 2.2.
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Desain standar Speed Bump
Pada proses pemakaian Speed Bump akan bersentuhan langsung dengan
roda mobil pada posisi roda depan ataupun belakang. Sementara satu roda mobil
akan menyentuh satu Speed Bump. Maka jika asumsi berat keseluruhan mobil
dibagi dengan empat bagian pada mobil tersebut yaitu letak pembebanan pada
roda mobil maka akan diperoleh beban sebesar 400 kg. Ilustrasi seperti
diperlihatkan pada Gambar 2.3 berikut ini.
Gambar 2.3. Ilustrasi pembebanan pada Speed Bump
12
Universitas Sumatera Utara
Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut
adalah berat bobot mobil, dan P adalah gaya normal yang selanjutnya kita beri
nama gaya tekan yang terjadi pada Speed Bump. Analisa gaya yang terjadi pada
Speed Bump dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.4 di bawah ini.
F cos
N
F
fs
F sin α
W cos α
W sin
W
Gambar 2.4. Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat pertama melintas.
Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada
Speed Bump diatas terlihat pada Gambar 2.5 di bawah ini.
Gambar 2.5 Free body diagram gaya yang bekerja pada Speed Bump.
13
Universitas Sumatera Utara
Analisa gaya yang bekerja pada Speed Bump diasumsikan dalam kondisi
statis dengan V= 0 Km/jam dan t = 0 detik. Perhitungan di atas dapat ditulis pada
persamaan 2.1 di bawah ini :
∑ Fy' = 0
F Sin α + W Cos α – N = 0 ……………………………(2.1)
W Cos α – N = 0
N = W × Cos α
N = m×g Cos α
N = 400 × 9,81 × 0,7071
N = 2774,6604 N
Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Speed Bump dengan luas area
kontak ban mobil 2000 mm2 dapat dihitung dengan persanaan 2.2 di bawah ini:
σ =
Dimana
.………………………………(2.2)
F = Gaya [N]
A= Luas permukaan [mm²]
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak ban diketahui
sebesar 2000 mm2, maka diperoleh gaya tekan statik sebagai berikut.
σ =
14
Universitas Sumatera Utara
,
σ =
σ
= 1,3873 Mpa
Dari penelitian Zulfadli, ST [9] yang melakukan riset tentang Speed Bump
dan telah melakukan pengujian pada mobil yang akan melintasi speed bump
memiliki kecepatan rata-rata mobil adalah 5 km/jam. Analisa gaya yang bekerja
pada Speed Bump diasumsikan dalam kondisi dinamik dengan kecepatan
km/jam, waktu t = 4 detik dan gaya gesek
µs
ν
=5
= 0.8. Perhitungan di atas dapat
ditulis pada persamaan 2.3 di bawah ini:
∑ Fx = m × a
FCos α – w Sin α –Fs =0 …………………………….(2.3)
m × a × Cos 45˚ - m × g × Sin 45˚ - µ s × N = 0
400 × 0,345 × 0,7071 – 400 × 9,81 × 0,7071 – 0,8 N = 0
39,03192 – 2774,6604 – 0,8 N = 0
-2735,62848 – 0,8 N = 0
N=
2735,62848
0.8
N = -3419,5356 N
Hasil gaya diatas adalah -3419,5356, tanda minus pada hasil diatas hanya
menunjukan arah gaya, Dengan menggunakan persamaan
2.2 dan luas area
15
Universitas Sumatera Utara
kontak ban diketahui sebesar 2000 mm², maka diperoleh gaya tekan dinamik
sebagai berikut,
σ =
,
²
σ
=
σ
= 1,7097678 Mpa
Keterangan:
P = Gaya tekan (N) .
W = Berat benda (N).
m = Massa (Kg) .
g = Percepatan gravitasi (m/s2).
v = Kecepatan (m/s) .
= Sudut kemiringan (⁰).
fs = Gaya gesek (N).
μ
s
= Koefisien gesek.
Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut
adalah berat bobot mobil, dan N adalah gaya normal yang selanjutnya kita beri
nama gaya tekan yang terjadi pada Speed Bump. Analisa gaya yang terjadi pada
Speed Bump dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.6 di bawah ini.
16
Universitas Sumatera Utara
N
F
W
Gambar 2.6 Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat ban melintas pada titik
puncak Speed Bump.
Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada
Speed Bump diatas terlihat pada Gambar 2.7 di bawah ini.
N
W
Gambar 2.7 Free body diagram gaya yang bekerja pada saat di atas Speed Bump.
17
Universitas Sumatera Utara
Analisa gaya yang bekerja pada Speed Bump diasumsikan dalam kondisi statis
dengan m = 400 Kg dan g = 9.81 m/s. Perhitungan di atas dapat ditulis pada
persamaan 2.4 di bawah ini:
∑ Fx = 0
W– N = 0 ……………………………(2.4)
N= W
N = m×g
N = 400 × 9,81
N = 3.924 N (↓ )
Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Speed Bump dengan luas area
kontak ban mobil 2000 mm2 dapat dihitung dengan persanaan 2.2 di bawah ini:
σ =
Dimana
.………………………………(2.5)
F = Gaya [N]
A= Luas permukaan [mm²]
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak ban diketahui
sebesar 2000 mm2, maka diperoleh gaya tekan statik sebagai berikut.
σ =
σ =
.
18
Universitas Sumatera Utara
σ
= 1,96 Mpa
Keterangan:
P = Gaya tekan (N) .
W = Berat benda (N).
m = Massa (Kg) .
g = Percepatan gravitasi (m/s2).
v = Kecepatan (m/s) .
= Sudut kemiringan (⁰).
fs = Gaya gesek (N).
μ
s
= Koefisien gesek.
2.2. Pengertian Bahan Komposit
Komposit berasal dari kata kerja “to compose” berarti menyusun atau
menggabung. Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau
lebih yang tetap terpisah dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk
komponen tunggal. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan
dari dua atau lebih bahan yang berlainan [4]. Komposit adalah campuran dua
material atau lebih yang dicampur secara makroskopik untuk menghasilkan suatu
material baru. Artinya penggabungan sifat-sifat unggul dari pembentuk masih
terlihat nyata.
19
Universitas Sumatera Utara
Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat, hal ini
dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang
akan dihasilkan. Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah
tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang
bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap
sifat-sifat unsur bahan penyusunnya.
Komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matrik) dan suatu jenis
penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan
kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fibre). Material
komposit terdiri lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk mendapatkan
kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya.
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih
ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan ketahanan aus
[2]. Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu (1). Matriks, dan (2)
penguat (reinforcement). Hal ini dapat diilustrasikan pada gambar 2.8.
Matriks
1.
+
Komposit
Penguat/serat
2.
3
Keterangan gambar:
1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat.
2. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
3. Komposit merupakan gabungan, campuran dua atau lebih bahan bahan yang
terpisah.
Gambar 2.8. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit
20
Universitas Sumatera Utara
Komposit dikenal sebagai bahan teknologi karena diperoleh dari hasil
teknologi pemrosesan bahan. Kemajuan teknologi pemprosesan bahan dewasa ini
telah menghasilkan bahan teknik yang dikenal sebagai bahan komposit.
Ada tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu:
1. Material pembentuk. Sifat-sifat intrinsik material pembentuk memegang
peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat kompositnya.
2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran
tiap-tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya merupakan
faktor penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit
secara keseluruhan.
3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan campuran atau
kombinasi komponen-komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya
maupun bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti berbeda.
Sifat bahan komposit sangat dipengaruhi oleh sifat dan distribusi unsur
penyusun, serta interaksi antara keduanya. Parameter penting lain yang mungkin
mempengaruhi sifat bahan komposit adalah bentuk, ukuran, orientasi dan disribusi
dari penguat (filler) dan berbagai ciri-ciri dari matriks. Sifat mekanik merupakan
salah satu sifat bahan komposit yang sangat penting untuk dipelajari. Untuk
aplikasi struktur, sifat mekanik ditentukan oleh pemilihan bahan. Sifat mekanik
bahan komposit bergantung pada sifat bahan penyusunnya.
Peran utama dalam komposit berpenguat serat adalah untuk memindahkan
tegangan (stress) antara serat, memberikan ketahanan terhadap lingkungan yang
merugikan dan menjaga permukaan serat dari efek mekanik dan kimia. Sementara
21
Universitas Sumatera Utara
kontribusi serat sebagian besar berpengaruh pada kekuatan tarik (tensile strength)
bahan komposit.
Secara umum serat yang sering digunakan sebagai filler (penguat) adalah
serat buatan seperti serat gelas, karbon, dan grafit. Serat buatan ini memiliki
keunggulan tetapi biayanya tinggi jika dibandingkan dengan serat dari alam.
Pemakaian serat alam yaitu serat Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai pengganti
serat buatan akan menurunkan biaya produksi. Hal ini dapat dicapai karena
murahnya biaya yang diperlukan bagi pengolahan serat alam dibandingkan
dengan serat buatan. Walaupun sifat-sifatnya kalah dari segi keunggulan dengan
serat buatan, tetapi harus diingat bahwa serat alam lebih murah dalam hal biaya
produksi dan dapat terus diperbaharui [3].
2.2.1. Klasifikasi material komposit
Berdasarkan pada matrik penyusunnya komposit terdiri dari beberapa jenis
material komposit, yaitu:
1. Metal Matrix Composite (MMC)
Terdiri dari matrik logam seperti aluminium, timbal, tungsten,
molibdenum, magnesium, besi, kobalt, tembaga dan keramik tersebar.
2. Ceramic Matrix Composite (CMC)
Terdiri dari matrik keramik dan serat dari bahan lainnya.
3. Polymers Matrix Composite
Terdiri dari matrik termoset seperti polyester tidak jenuh dan epoxiy atau
termoplastik seperti Polycarbonate, polivinilklorida, nylon, polysterene dan kaca,
karbon, baja, serbuk kayu atau serat kevlar.
22
Universitas Sumatera Utara
4. Concrete Matrix Composite (CMC)
Terdiri dari matrik beton ditambah beberapa matrik material serbuk filler,
pozolanic, serbuk/serat kayu, serat bambu, stereofoam, baja, sebuk kertas, dan
batu apung.
2.2.2. Teknik pembuatan material komposit
Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan penggunaan
suhu dan tekanan yang tinggi. Hal ini disebabkan material ini mudah menjadi
lembut atau melebur. Proses pencampuran ini dilakukan pada saat matriks dalam
keadaan cair [3].
Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung
Pada metode penuangan secara langsung dilakukan dengan melekatkan
atau menyentuhkan material-material penyusun pada cetakan terbuka dan
dengan perlahan-lahan diratakan dengan menggunakan roda perata atau
dengan pemberian tekanan dari luar. Metode ini cocok untuk jenis serat
kontinyu.
2. Metode pemampatan atau tekanan.
Pada metode pemampatan atau dengan menggunakan tekanan ini
menggunakan prinsip ekstrusi dengan pemberian tekanan pada material
bakunya yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini umumnya
berupa injeksi, mampatan atau semprotan. Material yang cocok untuk jenis
ini adalah penguat partikel.
23
Universitas Sumatera Utara
3. Metode pemberian tekanan dan panas.
Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan, dimana
metode ini menggunakan tekanan dengan pemberian panas awal yang
bertujuan untuk memudahkan material komposit mengisi pada bagianbagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat kecil.
2.3. Beton Ringan
Beton adalah suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan
membuat suatu campuran yaitu semen, pasir, kerikil dan air untuk membuat
campuran tersebut menjadi keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan
dimensi struktur yang diinginkan. Kumpulan material tersebut terdiri dari agregat
yang halus dan kasar. Semen dan air berinteraksi secara kimiawi untuk mengikat
partikel-partikel agregat tersebut menjadi suatu massa padat [9]. Pada umumnya
beton terdiri dari ± 15% semen, ± 8% air, ± 3% udara, selebihnya pasir dan
kerikil. Campuran tersebut setelah mengeras mempunyai sifat yang berbeda-beda,
tergantung pada cara pembuatannya. Perbandingan campuran, cara pencampuran,
cara mengangkut, cara mencetak, cara memadatkan, dan sebagainya akan
mempengaruhi sifat-sifat beton. Sifat beton meliputi: mudah diaduk, disalurkan,
dicor, didapatkan dan diselesaikan, tanpa menimbulkan pemisahan bahan susunan
pada adukan dan mutu beton yang disyaratkan oleh konstruksi tetap dipenuhi.
Material beton mempunyai beberapa keunggulan teknis jika dibanding dengan
material konstruksi lainnya. Bahan baku pembuatan beton, seperti semen, pasir
dan koral atau batu pecah, sangat mudah diperoleh.
24
Universitas Sumatera Utara
Keunggulan lain yang dimiliki beton dibandingkan dengan material lainnya
adalah mempunyai kuat tekan dan stabilitas volume yang baik dan biaya
perawatannya relatif lebih murah. Selain itu, material beton lebih tahan terhadap
pengaruh lingkungan, tidak mudah terbakar, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi,
sehingga banyak digunakan sebagai pelindung struktur baja terhadap pengaruh
kebakaran pada bangunan gedung.
Sifat dan karakter mekanik beton secara umum:
1. Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength), tetapi
tidak begitu pada gaya tarik (low tensile strength). Bahkan kekuatan gaya tarik
beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya tekannya.
2. Beton tidak mampu menahan gaya tegangan (tension) yang tinggi, karena
elastisitasnya yang rendah.
3. Konduktivitas termal beton relatif rendah.
Beton akan memberikan hasil akhir yang bagus jika pengolahan akhir
dilakukan dengan cara khusus umpamanya diekspose agregatnya (agregat yang
mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan di bagian luar, sehingga
nampak jelas pada permukaan betonnya). Dalam keadaan yang mengeras, beton
bagaikan batu karang dengan kekuatan tinggi. Dalam keadaan segar beton dapat
diberi bermacam bentuk, sehingga dapat digunakan untuk membentuk seni
arsitektur atau semata-mata untuk tujuan dekoratif.
Faktor–faktor yang membuat beton banyak digunakan karena memiliki
keunggulan–keunggulannya antara lain:
1. Kemudahan pengolahannya.
2. Material yang mudah didapat.
25
Universitas Sumatera Utara
3. Kekuatan tekan tinggi.
4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari
kelebihannya.
Selain memiliki kunggulan-keunggulan seperti disebutkan di atas, beton juga
memiliki kekurangan seperti berikut:
1. Bentuk yang telah dibuat sulit diubah.
2. Pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi.
3. Berat (bobotnya besar).
4. Daya pantul suara yang besar.
Sebagian besar bahan pembuat beton adalah bahan lokal (kecuali semen
portland atau bahan tambah kimia), sehingga sangat menguntungkan secara
ekomoni. Namun pembuatan beton menjadi mahal jika perencana tidak
memahami karakteristik bahan-bahan penyusun beton yang harus disesuaikan
dengan perilaku struktur yang akan dibuat.
2.3.1. Adukan Beton
Beton yang berasal dari pengadukan bahan-bahan penyusun agregat kasar
dan agregat halus kemudian diikat dengan semen yang bereaksi dengan air
sebagai bahan perekat, harus dicampur dan diaduk dengan benar dan merata agar
dapat dicapai mutu beton yang baik. Pada umumnya pengadukan bahan beton
dilakukan menggunakan mesin pengaduk kecuali jika hanya untuk mendapatkan
beton mutu rendah pengadukan dapat dilakukan tanpa menggunakan mesin
pengaduk.
Kekentalan adukan beton harus diawasi dan dikendalikan dengan cara
memeriksa kemerosotan (slump) pada setiap adukan beton baru [10]. Nilai slump
26
Universitas Sumatera Utara
digunakan sebagai petunjuk ketepatan jumlah pemakaian air dalam hubungannya
dengan faktor air semen yang ingin dicapai.
Waktu pengadukan lamanya tergantung pada kapasitas isi mesin pengaduk,
jumlah adukan, jenis serta susunan butir bahan penyusun, dan slump beton, pada
umumnya tidak kurang dari 1,50 menit dimulai semenjak pengadukan, dan hasil
umumnya menunjukkan susunan dan warna merata. Sesuai dengan tingkat mutu
beton yang dihasilkan memberikan:
1. Keenceran dan kekentalan adukan yang mmungkinkan pengerjaan beton
(penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah kedalam adukan tanpa
menimbulkan kemungkinan terjadinya segregation atau pemisahan
agregat.
2. Ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosif, dan
lain-lain)
3. Memenuhi uji kuat yang hendak dipakai.
2.4. Material komposit Concrete Foam
Pada komposit Concrete Foam, materialnya terdiri dari semen, pasir, air,
Blowing Agent, dan serat TKKS. Blowing Agent yang digunakan dalam penelitian
ini adalah surfaktan.
2.4.1. Semen
Kata semen berasal dari caementum (bahasa Latin), yang artinya
memotong menjadi bagian-bagian kecil tak beraturan. Semen adalah zat yang
digunakan untuk merekat batu, bata, batako maupun bahan bangunan lainnya
material semen adalah material yang mempunyai sifat-sifat adhesif dan kohesif
27
Universitas Sumatera Utara
yang diperlukan untuk mengikat agregat-agregat menjadi suatu massa yang padat
yang mempunyai kekuatan yang cukup [11].
Semen merupakan hasil industri dari paduan bahan baku batu gamping atau
kapur sebagai bahan utama, yaitu bahan alam yang mengandung senyawa
Calcium Oksida, dan lempung atau tanah liat yaitu bahan alam yang mengandung
senyawa Silika Oksida, Alumunium Oksida, Besi Oksida dan Magnesium Oksida
atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk
(bulk), tanpa memandang proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu
pada pencampuran dengan air.
Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh,
sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah
dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Fungsi utama dari semen
adalah untuk mengikat partikel agregat yang terpisah sehingga menjadi satu
kesatuan.
Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran beton.
Kandungan semen hidraulis yang tinggi akan memberikan banyak keuntungan,
antara lain dapat membuat campuran mortar menjadi lebih kuat, lebih padat, lebih
tahan air, lebih cepat mengeras, dan juga memberikan rekatan yang lebih baik.
Kerugiannya adalah dengan cepatnya campuran beton mengeras, maka dapat
menyebabkan susut kering yang lebih tinggi pula. Beton dengan kandungan
hidraulik rendah akan lebih lemah dan mudah dalam pergerakan.
2.4.2. Pasir
Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya digunakan untuk
mengisi bagian terbesar dari beton yang mana mengisi 75% bagian dari beton.
28
Universitas Sumatera Utara
Semakin besarnya ukuran agregat yang digunakan maka akan semakin
mengurangi jumlah semen yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi panas
yang timbul pada saat pencampuran air dan hubungan antara Thermal Stress dan
Shrinkage Cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa
ukuran agregatnya lebih dari 40mm dan untuk kekuatan diantara 30 MPa agregat
yang digunakan berukuran 20 mm.
2.4.3. Air
Air digunakan untuk membuat adukan menjadi bubur kental dan juga
sebagai bahan untuk menimbulkan reaksi pada bahan lain untuk dapat mengeras.
Air diperlukan pada pembuatan beton untuk memicu proses kimiawi semen,
membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Oleh
karena itu, air sangat dibutuhkan dalam pelaksanaan pengerjaan bahan. Tanpa air,
konstruksi bahan tidak terlaksana dengan baik dan sempurna. Nilai banding berat
air dan semen untuk suatu adukan beton dinamakan water cement ratio (w.c.r).
Air yang dapat digunakan dalam proses pencampuran beton adalah sebagai
berikut [6] :
1. Air yang digunakan pada campuran beton haruslah bersih dan bebas dari bahan
– bahan yang merusak yang mengandung oli, asam, alkali, garam, bahan
organik, atau bahan–bahan lainnya yang merugikan terhadap beton.
2. Air pencampur yang digunakan pada beton prategang atau pada beton yang di
dalamnya tertanam logam aluminium, termasuk air bebas yang terkandung
dalam agregat, tidak boleh mengandung ion klorida dalam jumlah yang
membahayakan.
29
Universitas Sumatera Utara
2.4.4. Blowing Agent
Blowing Agent adalah material yang digunakan untuk menghasilkan
struktur berongga pada komposit yang dibentuk, sehingga spesimen menjadi lebih
ringan.[4]
Blowing atau foaming agent terdiri dalam dua kelas umum – yaitu secara
fisika dan metode kimia. Berbagai gas dan cairan yang mudah menguap
digunakan sebagai foaming agen dengan metode fisika. Sedangkan Chemical
Foaming Agent (agen kimia khusus pembuat foaming pada material termoplastik)
dapat merupakan senyawa organik atau senyawa bukan organik yang melepaskan
gas pada saat proses penguraian panas. CFAs biasanya digunakan untuk
memperoleh level foaming (busa) pada tingkat medium sampai tinggi, dan sering
digunakan secara bersamaan dengan metode fisika yang biasa untuk memperoleh
level foaming (busa) yang rendah.
2.4.5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Salah satu hasil industri sawit yaitu tandan kosongnya atau biasa disebut
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang setiap tahunnya menghasilkan
sebanyak ± 23.3 ton perhektar. Biasanya Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
dibuang dan dibiarkan membusuk didaerah perkebunan, untuk bahan TKKS yang
terbuang tersebut bisa dijadikan bahan penguat komposit dengan cara dibentuk
menjadi ukuran halus dan dicampurkan dalam matriks untuk dijadikan penguat
komposit. Ukuran serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18 cm dan serat ini
dihaluskan lagi hingga mencapai ukuran 0,1-0,8 mm. Bahan-bahan penyusun
TKKS dapat dilihat pada Tabel 2.1 [7].
30
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit
No
1.
2.
3
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Bahan-Bahan Kandungan
Uap air
Protein
Serat
Minyak
Kelarutan air
Kelarutan unsur alkali 1 %
Debu
K
Ca
10.
Mg
11.
P
12.
Mn, Zn, Cu, Fe
TOTAL
Komposisi (%)
5.40
3.00
35.00
3.00
16.20
29.30
5.00
1,71
0,14
0,12
0,06
1,07
100,00
Tandan kosong kelapa sawit segar dari hasil pabrik kelapa sawit umumnya
memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%, sedangkan
bagian lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,19%, selulose 44,14% dan
hemiselulose 19,28%. Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan limbah dari
Tandan Kosong Kelapa Sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif dan asam
lemak yang sangat tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik material
yang dibentuk.
Karena manfaat tankos kelapa sawit ini memang belum dimanfaatkan
secara optimal. Sehingga, hal ini membuat inovasi dari para peneliti untuk
melakukan penelitian lebih lanjut mengenai pemanfaatan tandan kosong kelapa
sawit sebagai pupuk organik dan bahan bakar biofuel. manfaat tandan kosong
kelapa sawit ini juga tidak bisa dianggap sederhana.[16]
kosong kelapa sawit selain digunakan untuk bioethanol juga bisa dijadikan
kompos. Manfaat janjang kosong kelapa sawit ini juga bisa dijadikan pupuk
31
Universitas Sumatera Utara
kompos pada tanaman. Kandungan hara kompos tandan kosong kelapa sawit ini
sangat baik untuk diaplikasikan. Tandan atau janjang kosong kelapa sawit ini
walaupun merupakan sebuah limbah dari tandan buah segar kelapa sawit yang
telah diambil manfaatnya, tetap bisa dijadikan sesuatu yang bermanfaat. Abu
tandan kosong kelapa sawit ini bisa diolah menjadi kompos Tanaman yang juga
memiliki unsur hara ini memang bisa diberikan berbagai macam pupuk
yang sesuai.
Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong kelapa sawit terlebih
dahulu direndam kedalam larutan NaOH 1% selama sehari, kemudian dicuci
dengan air bersih dan dikeringkan pada suhu kamar selama kurang lebih 3 hari.
Gambar serat TKKS yang telah dihaluskan dapat dilihat pada gambar 2.9.
Gambar 2.9. Serat TKKS yang telah dihaluskan
2.4.6. Material yang digunakan
Pada penelitian ini material yang dikembangkan pada penelitian ini yaitu
Concrete Foam yang diperkuat dengan serat tandan kosong kelapa sawit dan
batang Polymeric Foam. Dalam penelitian ini pemakaian jumlah foam adalah
konstan yaitu 13,6% dari total berat pasta semen. Variasi komposisi bertujuan
untuk mendapatkan berat jenis (ρ ) seperti yang tertera pada Tabel 2.2.
32
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Berat jenis (ρ ) Concrete Foam berdasarkan komposisi
No
Semen
(gr)
Pasir
(gr)
Air
(gr)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
3,400
3,400
3,400
3,400
3,400
4,533
4,533
4,533
4,533
4,533
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
Foaming
TKKS
Agent (gr)
(gr)
Foam Air
8
492
45
8
492
91
8
492 136
8
492 181
8
492 227
8
492
57
8
492 113
8
492 170
8
492 227
8
492 283
8
492
68
8
492 136
8
492 204
8
492 272
8
492 340
Jenis
Berat
(kg)
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
B3
B4
B5
C1
C2
C3
C4
C5
2.95
3.11
3.69
3.49
3.18
3.41
3.91
3.49
4.85
4.83
4.46
3.85
3.52
3
4.83
Ratarata ρ
(kg/m3)
1000.00
1000.00
1057.69
980.77
976.19
1545.45
1375.00
970.59
1281.25
1156.25
1160.71
1000.00
1053.57
1046.88
977.27
Pada proses pengecoran jumlah persentase antara semen, air, pasir dan serat
TKKS serta Blowing Agent digunakan tipe B4 karena sudah dilakukan oleh
peneliti sebelumnya. Hasil pengujian kuat statik tekan spesimen Concrete Foam
seperti diperlihatkan pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Hasil pengujian kuat statik tekan spesimen Concrete Foam
Spesimen
Umur
(hari)
Berat
(kg)
Beban
Tekan
(ton)
Kokoh
Tekan
(kg/cm2)
Kuat
Tekan Sc
(MPa)
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
B3
B4
28
28
28
28
28
28
28
28
28
2.95
3.11
3.69
3.49
3.18
3.41
3.91
3.49
4.85
5
4.6
5.6
7.4
5
3
5.6
7
12.6
22.22
20.44
24.89
32.89
22.22
13.33
24.89
31.11
56
2.18
2.00
2.44
3.23
2.18
1.31
2.44
3.05
5.49
33
Universitas Sumatera Utara
B5
C1
C2
C3
C4
C5
28
28
28
28
28
28
Tabel 2.3 (lanjutan)
4.83
8.6
4.46
7.6
3.85
5.6
3.52
3
3
3
4.83
2.8
38.22
33.78
24.89
13.33
13.33
12.44
3.75
3.31
2.44
1.31
1.31
1.22
Hasil pengujian statik tekan terbaik diperoleh pada spesimen tipe B4,
dimana Sc mencapai 5,49 MPa (Tabel 2.3). Jika dilihat dari pembagian jenis beton
ringan maka tipe B4 ini termasuk dalam kategori beton ringan dengan kekuatan
sedang (Moderate Strength Concrete) yaitu beton ringan dengan berat (density)
antara 800 kg/m3- 1440 kg/m3 dengan Sc antara 5-17 MPa. Penggunaan Concrete
Foam tipe B4 dapat dipakai sebagai beton struktur ringan atau sebagai pengisi (fill
concrete).
2.5. Densitas
Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau sering
didefenisikan sebagai perbandingan antara massa (m) dengan volume (v) [8].
Untuk pengukuran densitas dan penyerapan air beton digunakan metode
Archimedes. Untuk pengukuran densitas beton digunakan metode Archimedes.
Rumus untuk menghitung besarnya densitas adalah sebagai berikut:
ρ = m/V ………………............................... (2.1)
Keterangan:
ρ = Massa jenis zat (kg/m3 atau g/cm3)
m = Massa benda (kg atau g)
V = Volume benda (m3 atau cm3)
34
Universitas Sumatera Utara
2.6. Karakteristik Mekanik Material
2.6.1. Pengujian dinamik
Pengujian dinamik dilakukan untuk mendapatkan respon secara dinamik
material, dan pengujian ini dilakukan dengan pengujian impak jatuh bebas
kecepatan tinggi.
2.6.1.1. pengujian impak jatuh bebas
Pengujian impak jatuh bebas di perumpamakan sebagai sebuah
benda jatuh bebas dari keadaan mula berhenti mengalami pertambahan
kecepatan selama benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh ke bumi dari
ketinggian tertentu relatif kecil dibandingkan jari-jari bumi, maka benda
mengalami pertambahan kecepatan ke bawah dengan harga yang sama
setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan benda berkurang dengan
harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas. Kecepatannya
berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan keatasnya
seragam.
Untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik akan
diperoleh harga pendekatan sebagaimana terlihat pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh
Waktu
t (s)
0 1
2
Kecepatan
V (m/s)
0 9,8
19,6 29,4
3
4
5
39,2
49
35
Universitas Sumatera Utara
Perbandingan waktu dengan kecepatan seperti terlihat pada tabel
2.5. dan grafik v-t seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10. yang merupakan
sebuah garis lurus sehingga percepatan seragam.
Gambar 2.10. Grafik hubungan v – t
Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat
dihitung dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan
percepatan diganti dengan percepatan gravitasi (g) yaitu:
1. Untuk gerakan ke bawah a = + g
2. Untuk gerakan keatas a = - g
Percepatan gravitasi (g) dapat dipandang sebagai sebuah vektor
dengan arah tegak ke bawah menuju ke pusat bumi.
Definisi perpindahan adalah perubahan kedudukan, hal ini
merupakan besaran vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju
perubahan kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran
vektor mencakup jarak, arah dan waktu.
36
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan
kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi
perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama secara berturutturut tanpa peduli berapa selisih selang waktu tersebut.
Sedangkan percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami
perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama secara
berturut-turut tanpa peduli berapa selisih selang waktu tersebut, seperti
ditunjukkan pada persamaan (2.1).
( V0 + V ) =
................................................ (2.2)
S = ( V0 + V )t ............................................... (2.3)
Dimana V0 adalah kecepatan awal, V kecepatan akhir, t waktu dan
s perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu. Maka
persamaan (2.4). perbandingan antara kecepatan dan waktu.
= a ...........................................................(2.4)
V = V0 +
v = v0t +
Δ
Δ
t ................................................(2.5)
a t2 ...............................................(2.6)
v2 = v0 + 2 as ..................................................(2.7)
Dari persamaan (2.4), bila V0 = 0, Maka untuk v diperoleh seperti
ditunjukkan pada persamaan (2.8).
37
Universitas Sumatera Utara
= 2as
......................................................(2.8)
Bila a = g, dan s = H,
Maka:
= 2gh .......................................................(2.9)
Maka persamaan (2.9) adalah kecepatan benda jatuh bebas
tergantung pada jarak atau tinggi benda jatuh dari pusat bumi, ketika
sebuah benda padat jatuh dengan kecapatan sedang, dapat dianggap benda
mengalami percepatan gravitasi seragam, untuk pengertian umum para
ilmuan mengambil harga percepatan gravitiasi g = 9,81 m/s2 [9].
38
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Speed Bump
Speed Bump disebut juga sebagai alat pembatas kecepatan adalah bagian
jalan yang ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang
melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar
meningkatkan keselamatan bagi pengguna jalan. Gambar Speed Bump
diperlihatkan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Speed Bump
Alat pembatas kecepatan tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat
putih agar terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Untuk
meningkatkan keselamatan dan keamanan bagi pengguna jalan, ketinggianya
diatur dan apabila melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu
pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adanya Speed Bump, khususnya pada
malam hari, maka Speed Bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis
serong berwarna putih atau kuning yang kontras sebagai pertanda [6].
10
Universitas Sumatera Utara
Ukuran speed bump (pembatas kecepatan kendaraan) sudah diatur dalam
Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 3 Tahun 1994 tentang Alat
Pengendali dan Pengaman Pemakai Jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi
maksimum Pembatas kecepatan kendaraan adalah 15 cm dan sudut kemiringan
15˚. Speed Bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar
terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas.
Speed bump akan bermanfaat jika ditempatkan dan didesain sesuai dengan
aturan misalkan di jalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai
kelas jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan
pekerjaan konstruksi. kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya
tidak boleh lebih dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan
kondisi diatas maka akan bermanfaat [6].
Speed Bump yang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan, tapi
juga membahayakan si pengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak
sesuai mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar.
Speed bump ditempatkan pada:
1.
Jalan di lingkungan pemukiman.
2.
Jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC.
3.
Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi.
Berikut ini gambar desain standar speed bump (pembatas kecepatan
kendaraan) yang sesuai ketentuan pemerintah pada Gambar 2.2.
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Desain standar Speed Bump
Pada proses pemakaian Speed Bump akan bersentuhan langsung dengan
roda mobil pada posisi roda depan ataupun belakang. Sementara satu roda mobil
akan menyentuh satu Speed Bump. Maka jika asumsi berat keseluruhan mobil
dibagi dengan empat bagian pada mobil tersebut yaitu letak pembebanan pada
roda mobil maka akan diperoleh beban sebesar 400 kg. Ilustrasi seperti
diperlihatkan pada Gambar 2.3 berikut ini.
Gambar 2.3. Ilustrasi pembebanan pada Speed Bump
12
Universitas Sumatera Utara
Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut
adalah berat bobot mobil, dan P adalah gaya normal yang selanjutnya kita beri
nama gaya tekan yang terjadi pada Speed Bump. Analisa gaya yang terjadi pada
Speed Bump dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.4 di bawah ini.
F cos
N
F
fs
F sin α
W cos α
W sin
W
Gambar 2.4. Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat pertama melintas.
Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada
Speed Bump diatas terlihat pada Gambar 2.5 di bawah ini.
Gambar 2.5 Free body diagram gaya yang bekerja pada Speed Bump.
13
Universitas Sumatera Utara
Analisa gaya yang bekerja pada Speed Bump diasumsikan dalam kondisi
statis dengan V= 0 Km/jam dan t = 0 detik. Perhitungan di atas dapat ditulis pada
persamaan 2.1 di bawah ini :
∑ Fy' = 0
F Sin α + W Cos α – N = 0 ……………………………(2.1)
W Cos α – N = 0
N = W × Cos α
N = m×g Cos α
N = 400 × 9,81 × 0,7071
N = 2774,6604 N
Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Speed Bump dengan luas area
kontak ban mobil 2000 mm2 dapat dihitung dengan persanaan 2.2 di bawah ini:
σ =
Dimana
.………………………………(2.2)
F = Gaya [N]
A= Luas permukaan [mm²]
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak ban diketahui
sebesar 2000 mm2, maka diperoleh gaya tekan statik sebagai berikut.
σ =
14
Universitas Sumatera Utara
,
σ =
σ
= 1,3873 Mpa
Dari penelitian Zulfadli, ST [9] yang melakukan riset tentang Speed Bump
dan telah melakukan pengujian pada mobil yang akan melintasi speed bump
memiliki kecepatan rata-rata mobil adalah 5 km/jam. Analisa gaya yang bekerja
pada Speed Bump diasumsikan dalam kondisi dinamik dengan kecepatan
km/jam, waktu t = 4 detik dan gaya gesek
µs
ν
=5
= 0.8. Perhitungan di atas dapat
ditulis pada persamaan 2.3 di bawah ini:
∑ Fx = m × a
FCos α – w Sin α –Fs =0 …………………………….(2.3)
m × a × Cos 45˚ - m × g × Sin 45˚ - µ s × N = 0
400 × 0,345 × 0,7071 – 400 × 9,81 × 0,7071 – 0,8 N = 0
39,03192 – 2774,6604 – 0,8 N = 0
-2735,62848 – 0,8 N = 0
N=
2735,62848
0.8
N = -3419,5356 N
Hasil gaya diatas adalah -3419,5356, tanda minus pada hasil diatas hanya
menunjukan arah gaya, Dengan menggunakan persamaan
2.2 dan luas area
15
Universitas Sumatera Utara
kontak ban diketahui sebesar 2000 mm², maka diperoleh gaya tekan dinamik
sebagai berikut,
σ =
,
²
σ
=
σ
= 1,7097678 Mpa
Keterangan:
P = Gaya tekan (N) .
W = Berat benda (N).
m = Massa (Kg) .
g = Percepatan gravitasi (m/s2).
v = Kecepatan (m/s) .
= Sudut kemiringan (⁰).
fs = Gaya gesek (N).
μ
s
= Koefisien gesek.
Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut
adalah berat bobot mobil, dan N adalah gaya normal yang selanjutnya kita beri
nama gaya tekan yang terjadi pada Speed Bump. Analisa gaya yang terjadi pada
Speed Bump dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.6 di bawah ini.
16
Universitas Sumatera Utara
N
F
W
Gambar 2.6 Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat ban melintas pada titik
puncak Speed Bump.
Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada
Speed Bump diatas terlihat pada Gambar 2.7 di bawah ini.
N
W
Gambar 2.7 Free body diagram gaya yang bekerja pada saat di atas Speed Bump.
17
Universitas Sumatera Utara
Analisa gaya yang bekerja pada Speed Bump diasumsikan dalam kondisi statis
dengan m = 400 Kg dan g = 9.81 m/s. Perhitungan di atas dapat ditulis pada
persamaan 2.4 di bawah ini:
∑ Fx = 0
W– N = 0 ……………………………(2.4)
N= W
N = m×g
N = 400 × 9,81
N = 3.924 N (↓ )
Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Speed Bump dengan luas area
kontak ban mobil 2000 mm2 dapat dihitung dengan persanaan 2.2 di bawah ini:
σ =
Dimana
.………………………………(2.5)
F = Gaya [N]
A= Luas permukaan [mm²]
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak ban diketahui
sebesar 2000 mm2, maka diperoleh gaya tekan statik sebagai berikut.
σ =
σ =
.
18
Universitas Sumatera Utara
σ
= 1,96 Mpa
Keterangan:
P = Gaya tekan (N) .
W = Berat benda (N).
m = Massa (Kg) .
g = Percepatan gravitasi (m/s2).
v = Kecepatan (m/s) .
= Sudut kemiringan (⁰).
fs = Gaya gesek (N).
μ
s
= Koefisien gesek.
2.2. Pengertian Bahan Komposit
Komposit berasal dari kata kerja “to compose” berarti menyusun atau
menggabung. Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau
lebih yang tetap terpisah dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk
komponen tunggal. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan
dari dua atau lebih bahan yang berlainan [4]. Komposit adalah campuran dua
material atau lebih yang dicampur secara makroskopik untuk menghasilkan suatu
material baru. Artinya penggabungan sifat-sifat unggul dari pembentuk masih
terlihat nyata.
19
Universitas Sumatera Utara
Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat, hal ini
dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang
akan dihasilkan. Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah
tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang
bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap
sifat-sifat unsur bahan penyusunnya.
Komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matrik) dan suatu jenis
penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan
kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fibre). Material
komposit terdiri lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk mendapatkan
kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya.
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih
ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan ketahanan aus
[2]. Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu (1). Matriks, dan (2)
penguat (reinforcement). Hal ini dapat diilustrasikan pada gambar 2.8.
Matriks
1.
+
Komposit
Penguat/serat
2.
3
Keterangan gambar:
1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat.
2. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
3. Komposit merupakan gabungan, campuran dua atau lebih bahan bahan yang
terpisah.
Gambar 2.8. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit
20
Universitas Sumatera Utara
Komposit dikenal sebagai bahan teknologi karena diperoleh dari hasil
teknologi pemrosesan bahan. Kemajuan teknologi pemprosesan bahan dewasa ini
telah menghasilkan bahan teknik yang dikenal sebagai bahan komposit.
Ada tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu:
1. Material pembentuk. Sifat-sifat intrinsik material pembentuk memegang
peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat kompositnya.
2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran
tiap-tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya merupakan
faktor penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit
secara keseluruhan.
3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan campuran atau
kombinasi komponen-komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya
maupun bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti berbeda.
Sifat bahan komposit sangat dipengaruhi oleh sifat dan distribusi unsur
penyusun, serta interaksi antara keduanya. Parameter penting lain yang mungkin
mempengaruhi sifat bahan komposit adalah bentuk, ukuran, orientasi dan disribusi
dari penguat (filler) dan berbagai ciri-ciri dari matriks. Sifat mekanik merupakan
salah satu sifat bahan komposit yang sangat penting untuk dipelajari. Untuk
aplikasi struktur, sifat mekanik ditentukan oleh pemilihan bahan. Sifat mekanik
bahan komposit bergantung pada sifat bahan penyusunnya.
Peran utama dalam komposit berpenguat serat adalah untuk memindahkan
tegangan (stress) antara serat, memberikan ketahanan terhadap lingkungan yang
merugikan dan menjaga permukaan serat dari efek mekanik dan kimia. Sementara
21
Universitas Sumatera Utara
kontribusi serat sebagian besar berpengaruh pada kekuatan tarik (tensile strength)
bahan komposit.
Secara umum serat yang sering digunakan sebagai filler (penguat) adalah
serat buatan seperti serat gelas, karbon, dan grafit. Serat buatan ini memiliki
keunggulan tetapi biayanya tinggi jika dibandingkan dengan serat dari alam.
Pemakaian serat alam yaitu serat Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai pengganti
serat buatan akan menurunkan biaya produksi. Hal ini dapat dicapai karena
murahnya biaya yang diperlukan bagi pengolahan serat alam dibandingkan
dengan serat buatan. Walaupun sifat-sifatnya kalah dari segi keunggulan dengan
serat buatan, tetapi harus diingat bahwa serat alam lebih murah dalam hal biaya
produksi dan dapat terus diperbaharui [3].
2.2.1. Klasifikasi material komposit
Berdasarkan pada matrik penyusunnya komposit terdiri dari beberapa jenis
material komposit, yaitu:
1. Metal Matrix Composite (MMC)
Terdiri dari matrik logam seperti aluminium, timbal, tungsten,
molibdenum, magnesium, besi, kobalt, tembaga dan keramik tersebar.
2. Ceramic Matrix Composite (CMC)
Terdiri dari matrik keramik dan serat dari bahan lainnya.
3. Polymers Matrix Composite
Terdiri dari matrik termoset seperti polyester tidak jenuh dan epoxiy atau
termoplastik seperti Polycarbonate, polivinilklorida, nylon, polysterene dan kaca,
karbon, baja, serbuk kayu atau serat kevlar.
22
Universitas Sumatera Utara
4. Concrete Matrix Composite (CMC)
Terdiri dari matrik beton ditambah beberapa matrik material serbuk filler,
pozolanic, serbuk/serat kayu, serat bambu, stereofoam, baja, sebuk kertas, dan
batu apung.
2.2.2. Teknik pembuatan material komposit
Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan penggunaan
suhu dan tekanan yang tinggi. Hal ini disebabkan material ini mudah menjadi
lembut atau melebur. Proses pencampuran ini dilakukan pada saat matriks dalam
keadaan cair [3].
Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung
Pada metode penuangan secara langsung dilakukan dengan melekatkan
atau menyentuhkan material-material penyusun pada cetakan terbuka dan
dengan perlahan-lahan diratakan dengan menggunakan roda perata atau
dengan pemberian tekanan dari luar. Metode ini cocok untuk jenis serat
kontinyu.
2. Metode pemampatan atau tekanan.
Pada metode pemampatan atau dengan menggunakan tekanan ini
menggunakan prinsip ekstrusi dengan pemberian tekanan pada material
bakunya yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini umumnya
berupa injeksi, mampatan atau semprotan. Material yang cocok untuk jenis
ini adalah penguat partikel.
23
Universitas Sumatera Utara
3. Metode pemberian tekanan dan panas.
Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan, dimana
metode ini menggunakan tekanan dengan pemberian panas awal yang
bertujuan untuk memudahkan material komposit mengisi pada bagianbagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat kecil.
2.3. Beton Ringan
Beton adalah suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan
membuat suatu campuran yaitu semen, pasir, kerikil dan air untuk membuat
campuran tersebut menjadi keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan
dimensi struktur yang diinginkan. Kumpulan material tersebut terdiri dari agregat
yang halus dan kasar. Semen dan air berinteraksi secara kimiawi untuk mengikat
partikel-partikel agregat tersebut menjadi suatu massa padat [9]. Pada umumnya
beton terdiri dari ± 15% semen, ± 8% air, ± 3% udara, selebihnya pasir dan
kerikil. Campuran tersebut setelah mengeras mempunyai sifat yang berbeda-beda,
tergantung pada cara pembuatannya. Perbandingan campuran, cara pencampuran,
cara mengangkut, cara mencetak, cara memadatkan, dan sebagainya akan
mempengaruhi sifat-sifat beton. Sifat beton meliputi: mudah diaduk, disalurkan,
dicor, didapatkan dan diselesaikan, tanpa menimbulkan pemisahan bahan susunan
pada adukan dan mutu beton yang disyaratkan oleh konstruksi tetap dipenuhi.
Material beton mempunyai beberapa keunggulan teknis jika dibanding dengan
material konstruksi lainnya. Bahan baku pembuatan beton, seperti semen, pasir
dan koral atau batu pecah, sangat mudah diperoleh.
24
Universitas Sumatera Utara
Keunggulan lain yang dimiliki beton dibandingkan dengan material lainnya
adalah mempunyai kuat tekan dan stabilitas volume yang baik dan biaya
perawatannya relatif lebih murah. Selain itu, material beton lebih tahan terhadap
pengaruh lingkungan, tidak mudah terbakar, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi,
sehingga banyak digunakan sebagai pelindung struktur baja terhadap pengaruh
kebakaran pada bangunan gedung.
Sifat dan karakter mekanik beton secara umum:
1. Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength), tetapi
tidak begitu pada gaya tarik (low tensile strength). Bahkan kekuatan gaya tarik
beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya tekannya.
2. Beton tidak mampu menahan gaya tegangan (tension) yang tinggi, karena
elastisitasnya yang rendah.
3. Konduktivitas termal beton relatif rendah.
Beton akan memberikan hasil akhir yang bagus jika pengolahan akhir
dilakukan dengan cara khusus umpamanya diekspose agregatnya (agregat yang
mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan di bagian luar, sehingga
nampak jelas pada permukaan betonnya). Dalam keadaan yang mengeras, beton
bagaikan batu karang dengan kekuatan tinggi. Dalam keadaan segar beton dapat
diberi bermacam bentuk, sehingga dapat digunakan untuk membentuk seni
arsitektur atau semata-mata untuk tujuan dekoratif.
Faktor–faktor yang membuat beton banyak digunakan karena memiliki
keunggulan–keunggulannya antara lain:
1. Kemudahan pengolahannya.
2. Material yang mudah didapat.
25
Universitas Sumatera Utara
3. Kekuatan tekan tinggi.
4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari
kelebihannya.
Selain memiliki kunggulan-keunggulan seperti disebutkan di atas, beton juga
memiliki kekurangan seperti berikut:
1. Bentuk yang telah dibuat sulit diubah.
2. Pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi.
3. Berat (bobotnya besar).
4. Daya pantul suara yang besar.
Sebagian besar bahan pembuat beton adalah bahan lokal (kecuali semen
portland atau bahan tambah kimia), sehingga sangat menguntungkan secara
ekomoni. Namun pembuatan beton menjadi mahal jika perencana tidak
memahami karakteristik bahan-bahan penyusun beton yang harus disesuaikan
dengan perilaku struktur yang akan dibuat.
2.3.1. Adukan Beton
Beton yang berasal dari pengadukan bahan-bahan penyusun agregat kasar
dan agregat halus kemudian diikat dengan semen yang bereaksi dengan air
sebagai bahan perekat, harus dicampur dan diaduk dengan benar dan merata agar
dapat dicapai mutu beton yang baik. Pada umumnya pengadukan bahan beton
dilakukan menggunakan mesin pengaduk kecuali jika hanya untuk mendapatkan
beton mutu rendah pengadukan dapat dilakukan tanpa menggunakan mesin
pengaduk.
Kekentalan adukan beton harus diawasi dan dikendalikan dengan cara
memeriksa kemerosotan (slump) pada setiap adukan beton baru [10]. Nilai slump
26
Universitas Sumatera Utara
digunakan sebagai petunjuk ketepatan jumlah pemakaian air dalam hubungannya
dengan faktor air semen yang ingin dicapai.
Waktu pengadukan lamanya tergantung pada kapasitas isi mesin pengaduk,
jumlah adukan, jenis serta susunan butir bahan penyusun, dan slump beton, pada
umumnya tidak kurang dari 1,50 menit dimulai semenjak pengadukan, dan hasil
umumnya menunjukkan susunan dan warna merata. Sesuai dengan tingkat mutu
beton yang dihasilkan memberikan:
1. Keenceran dan kekentalan adukan yang mmungkinkan pengerjaan beton
(penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah kedalam adukan tanpa
menimbulkan kemungkinan terjadinya segregation atau pemisahan
agregat.
2. Ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosif, dan
lain-lain)
3. Memenuhi uji kuat yang hendak dipakai.
2.4. Material komposit Concrete Foam
Pada komposit Concrete Foam, materialnya terdiri dari semen, pasir, air,
Blowing Agent, dan serat TKKS. Blowing Agent yang digunakan dalam penelitian
ini adalah surfaktan.
2.4.1. Semen
Kata semen berasal dari caementum (bahasa Latin), yang artinya
memotong menjadi bagian-bagian kecil tak beraturan. Semen adalah zat yang
digunakan untuk merekat batu, bata, batako maupun bahan bangunan lainnya
material semen adalah material yang mempunyai sifat-sifat adhesif dan kohesif
27
Universitas Sumatera Utara
yang diperlukan untuk mengikat agregat-agregat menjadi suatu massa yang padat
yang mempunyai kekuatan yang cukup [11].
Semen merupakan hasil industri dari paduan bahan baku batu gamping atau
kapur sebagai bahan utama, yaitu bahan alam yang mengandung senyawa
Calcium Oksida, dan lempung atau tanah liat yaitu bahan alam yang mengandung
senyawa Silika Oksida, Alumunium Oksida, Besi Oksida dan Magnesium Oksida
atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk
(bulk), tanpa memandang proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu
pada pencampuran dengan air.
Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh,
sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah
dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Fungsi utama dari semen
adalah untuk mengikat partikel agregat yang terpisah sehingga menjadi satu
kesatuan.
Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran beton.
Kandungan semen hidraulis yang tinggi akan memberikan banyak keuntungan,
antara lain dapat membuat campuran mortar menjadi lebih kuat, lebih padat, lebih
tahan air, lebih cepat mengeras, dan juga memberikan rekatan yang lebih baik.
Kerugiannya adalah dengan cepatnya campuran beton mengeras, maka dapat
menyebabkan susut kering yang lebih tinggi pula. Beton dengan kandungan
hidraulik rendah akan lebih lemah dan mudah dalam pergerakan.
2.4.2. Pasir
Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya digunakan untuk
mengisi bagian terbesar dari beton yang mana mengisi 75% bagian dari beton.
28
Universitas Sumatera Utara
Semakin besarnya ukuran agregat yang digunakan maka akan semakin
mengurangi jumlah semen yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi panas
yang timbul pada saat pencampuran air dan hubungan antara Thermal Stress dan
Shrinkage Cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa
ukuran agregatnya lebih dari 40mm dan untuk kekuatan diantara 30 MPa agregat
yang digunakan berukuran 20 mm.
2.4.3. Air
Air digunakan untuk membuat adukan menjadi bubur kental dan juga
sebagai bahan untuk menimbulkan reaksi pada bahan lain untuk dapat mengeras.
Air diperlukan pada pembuatan beton untuk memicu proses kimiawi semen,
membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Oleh
karena itu, air sangat dibutuhkan dalam pelaksanaan pengerjaan bahan. Tanpa air,
konstruksi bahan tidak terlaksana dengan baik dan sempurna. Nilai banding berat
air dan semen untuk suatu adukan beton dinamakan water cement ratio (w.c.r).
Air yang dapat digunakan dalam proses pencampuran beton adalah sebagai
berikut [6] :
1. Air yang digunakan pada campuran beton haruslah bersih dan bebas dari bahan
– bahan yang merusak yang mengandung oli, asam, alkali, garam, bahan
organik, atau bahan–bahan lainnya yang merugikan terhadap beton.
2. Air pencampur yang digunakan pada beton prategang atau pada beton yang di
dalamnya tertanam logam aluminium, termasuk air bebas yang terkandung
dalam agregat, tidak boleh mengandung ion klorida dalam jumlah yang
membahayakan.
29
Universitas Sumatera Utara
2.4.4. Blowing Agent
Blowing Agent adalah material yang digunakan untuk menghasilkan
struktur berongga pada komposit yang dibentuk, sehingga spesimen menjadi lebih
ringan.[4]
Blowing atau foaming agent terdiri dalam dua kelas umum – yaitu secara
fisika dan metode kimia. Berbagai gas dan cairan yang mudah menguap
digunakan sebagai foaming agen dengan metode fisika. Sedangkan Chemical
Foaming Agent (agen kimia khusus pembuat foaming pada material termoplastik)
dapat merupakan senyawa organik atau senyawa bukan organik yang melepaskan
gas pada saat proses penguraian panas. CFAs biasanya digunakan untuk
memperoleh level foaming (busa) pada tingkat medium sampai tinggi, dan sering
digunakan secara bersamaan dengan metode fisika yang biasa untuk memperoleh
level foaming (busa) yang rendah.
2.4.5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Salah satu hasil industri sawit yaitu tandan kosongnya atau biasa disebut
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang setiap tahunnya menghasilkan
sebanyak ± 23.3 ton perhektar. Biasanya Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
dibuang dan dibiarkan membusuk didaerah perkebunan, untuk bahan TKKS yang
terbuang tersebut bisa dijadikan bahan penguat komposit dengan cara dibentuk
menjadi ukuran halus dan dicampurkan dalam matriks untuk dijadikan penguat
komposit. Ukuran serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18 cm dan serat ini
dihaluskan lagi hingga mencapai ukuran 0,1-0,8 mm. Bahan-bahan penyusun
TKKS dapat dilihat pada Tabel 2.1 [7].
30
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit
No
1.
2.
3
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Bahan-Bahan Kandungan
Uap air
Protein
Serat
Minyak
Kelarutan air
Kelarutan unsur alkali 1 %
Debu
K
Ca
10.
Mg
11.
P
12.
Mn, Zn, Cu, Fe
TOTAL
Komposisi (%)
5.40
3.00
35.00
3.00
16.20
29.30
5.00
1,71
0,14
0,12
0,06
1,07
100,00
Tandan kosong kelapa sawit segar dari hasil pabrik kelapa sawit umumnya
memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%, sedangkan
bagian lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,19%, selulose 44,14% dan
hemiselulose 19,28%. Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan limbah dari
Tandan Kosong Kelapa Sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif dan asam
lemak yang sangat tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik material
yang dibentuk.
Karena manfaat tankos kelapa sawit ini memang belum dimanfaatkan
secara optimal. Sehingga, hal ini membuat inovasi dari para peneliti untuk
melakukan penelitian lebih lanjut mengenai pemanfaatan tandan kosong kelapa
sawit sebagai pupuk organik dan bahan bakar biofuel. manfaat tandan kosong
kelapa sawit ini juga tidak bisa dianggap sederhana.[16]
kosong kelapa sawit selain digunakan untuk bioethanol juga bisa dijadikan
kompos. Manfaat janjang kosong kelapa sawit ini juga bisa dijadikan pupuk
31
Universitas Sumatera Utara
kompos pada tanaman. Kandungan hara kompos tandan kosong kelapa sawit ini
sangat baik untuk diaplikasikan. Tandan atau janjang kosong kelapa sawit ini
walaupun merupakan sebuah limbah dari tandan buah segar kelapa sawit yang
telah diambil manfaatnya, tetap bisa dijadikan sesuatu yang bermanfaat. Abu
tandan kosong kelapa sawit ini bisa diolah menjadi kompos Tanaman yang juga
memiliki unsur hara ini memang bisa diberikan berbagai macam pupuk
yang sesuai.
Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong kelapa sawit terlebih
dahulu direndam kedalam larutan NaOH 1% selama sehari, kemudian dicuci
dengan air bersih dan dikeringkan pada suhu kamar selama kurang lebih 3 hari.
Gambar serat TKKS yang telah dihaluskan dapat dilihat pada gambar 2.9.
Gambar 2.9. Serat TKKS yang telah dihaluskan
2.4.6. Material yang digunakan
Pada penelitian ini material yang dikembangkan pada penelitian ini yaitu
Concrete Foam yang diperkuat dengan serat tandan kosong kelapa sawit dan
batang Polymeric Foam. Dalam penelitian ini pemakaian jumlah foam adalah
konstan yaitu 13,6% dari total berat pasta semen. Variasi komposisi bertujuan
untuk mendapatkan berat jenis (ρ ) seperti yang tertera pada Tabel 2.2.
32
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Berat jenis (ρ ) Concrete Foam berdasarkan komposisi
No
Semen
(gr)
Pasir
(gr)
Air
(gr)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
2,267
3,400
3,400
3,400
3,400
3,400
4,533
4,533
4,533
4,533
4,533
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
1,133
Foaming
TKKS
Agent (gr)
(gr)
Foam Air
8
492
45
8
492
91
8
492 136
8
492 181
8
492 227
8
492
57
8
492 113
8
492 170
8
492 227
8
492 283
8
492
68
8
492 136
8
492 204
8
492 272
8
492 340
Jenis
Berat
(kg)
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
B3
B4
B5
C1
C2
C3
C4
C5
2.95
3.11
3.69
3.49
3.18
3.41
3.91
3.49
4.85
4.83
4.46
3.85
3.52
3
4.83
Ratarata ρ
(kg/m3)
1000.00
1000.00
1057.69
980.77
976.19
1545.45
1375.00
970.59
1281.25
1156.25
1160.71
1000.00
1053.57
1046.88
977.27
Pada proses pengecoran jumlah persentase antara semen, air, pasir dan serat
TKKS serta Blowing Agent digunakan tipe B4 karena sudah dilakukan oleh
peneliti sebelumnya. Hasil pengujian kuat statik tekan spesimen Concrete Foam
seperti diperlihatkan pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Hasil pengujian kuat statik tekan spesimen Concrete Foam
Spesimen
Umur
(hari)
Berat
(kg)
Beban
Tekan
(ton)
Kokoh
Tekan
(kg/cm2)
Kuat
Tekan Sc
(MPa)
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
B3
B4
28
28
28
28
28
28
28
28
28
2.95
3.11
3.69
3.49
3.18
3.41
3.91
3.49
4.85
5
4.6
5.6
7.4
5
3
5.6
7
12.6
22.22
20.44
24.89
32.89
22.22
13.33
24.89
31.11
56
2.18
2.00
2.44
3.23
2.18
1.31
2.44
3.05
5.49
33
Universitas Sumatera Utara
B5
C1
C2
C3
C4
C5
28
28
28
28
28
28
Tabel 2.3 (lanjutan)
4.83
8.6
4.46
7.6
3.85
5.6
3.52
3
3
3
4.83
2.8
38.22
33.78
24.89
13.33
13.33
12.44
3.75
3.31
2.44
1.31
1.31
1.22
Hasil pengujian statik tekan terbaik diperoleh pada spesimen tipe B4,
dimana Sc mencapai 5,49 MPa (Tabel 2.3). Jika dilihat dari pembagian jenis beton
ringan maka tipe B4 ini termasuk dalam kategori beton ringan dengan kekuatan
sedang (Moderate Strength Concrete) yaitu beton ringan dengan berat (density)
antara 800 kg/m3- 1440 kg/m3 dengan Sc antara 5-17 MPa. Penggunaan Concrete
Foam tipe B4 dapat dipakai sebagai beton struktur ringan atau sebagai pengisi (fill
concrete).
2.5. Densitas
Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau sering
didefenisikan sebagai perbandingan antara massa (m) dengan volume (v) [8].
Untuk pengukuran densitas dan penyerapan air beton digunakan metode
Archimedes. Untuk pengukuran densitas beton digunakan metode Archimedes.
Rumus untuk menghitung besarnya densitas adalah sebagai berikut:
ρ = m/V ………………............................... (2.1)
Keterangan:
ρ = Massa jenis zat (kg/m3 atau g/cm3)
m = Massa benda (kg atau g)
V = Volume benda (m3 atau cm3)
34
Universitas Sumatera Utara
2.6. Karakteristik Mekanik Material
2.6.1. Pengujian dinamik
Pengujian dinamik dilakukan untuk mendapatkan respon secara dinamik
material, dan pengujian ini dilakukan dengan pengujian impak jatuh bebas
kecepatan tinggi.
2.6.1.1. pengujian impak jatuh bebas
Pengujian impak jatuh bebas di perumpamakan sebagai sebuah
benda jatuh bebas dari keadaan mula berhenti mengalami pertambahan
kecepatan selama benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh ke bumi dari
ketinggian tertentu relatif kecil dibandingkan jari-jari bumi, maka benda
mengalami pertambahan kecepatan ke bawah dengan harga yang sama
setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan benda berkurang dengan
harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas. Kecepatannya
berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan keatasnya
seragam.
Untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik akan
diperoleh harga pendekatan sebagaimana terlihat pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh
Waktu
t (s)
0 1
2
Kecepatan
V (m/s)
0 9,8
19,6 29,4
3
4
5
39,2
49
35
Universitas Sumatera Utara
Perbandingan waktu dengan kecepatan seperti terlihat pada tabel
2.5. dan grafik v-t seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10. yang merupakan
sebuah garis lurus sehingga percepatan seragam.
Gambar 2.10. Grafik hubungan v – t
Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat
dihitung dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan
percepatan diganti dengan percepatan gravitasi (g) yaitu:
1. Untuk gerakan ke bawah a = + g
2. Untuk gerakan keatas a = - g
Percepatan gravitasi (g) dapat dipandang sebagai sebuah vektor
dengan arah tegak ke bawah menuju ke pusat bumi.
Definisi perpindahan adalah perubahan kedudukan, hal ini
merupakan besaran vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju
perubahan kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran
vektor mencakup jarak, arah dan waktu.
36
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan
kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi
perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama secara berturutturut tanpa peduli berapa selisih selang waktu tersebut.
Sedangkan percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami
perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama secara
berturut-turut tanpa peduli berapa selisih selang waktu tersebut, seperti
ditunjukkan pada persamaan (2.1).
( V0 + V ) =
................................................ (2.2)
S = ( V0 + V )t ............................................... (2.3)
Dimana V0 adalah kecepatan awal, V kecepatan akhir, t waktu dan
s perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu. Maka
persamaan (2.4). perbandingan antara kecepatan dan waktu.
= a ...........................................................(2.4)
V = V0 +
v = v0t +
Δ
Δ
t ................................................(2.5)
a t2 ...............................................(2.6)
v2 = v0 + 2 as ..................................................(2.7)
Dari persamaan (2.4), bila V0 = 0, Maka untuk v diperoleh seperti
ditunjukkan pada persamaan (2.8).
37
Universitas Sumatera Utara
= 2as
......................................................(2.8)
Bila a = g, dan s = H,
Maka:
= 2gh .......................................................(2.9)
Maka persamaan (2.9) adalah kecepatan benda jatuh bebas
tergantung pada jarak atau tinggi benda jatuh dari pusat bumi, ketika
sebuah benda padat jatuh dengan kecapatan sedang, dapat dianggap benda
mengalami percepatan gravitasi seragam, untuk pengertian umum para
ilmuan mengambil harga percepatan gravitiasi g = 9,81 m/s2 [9].
38
Universitas Sumatera Utara