Desain Dan Analisis Struktur Speed Bump Dengan Bahan Concrete Foam Yang Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Software Ansys

DESAIN DAN ANALISIS STRUKTUR SPEED BUMP
DENGAN BAHAN CONCRETE FOAM YANG DIPERKUAT
SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN
MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ANDY MAULANA PUTRA
120401019

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) 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. Material pembuatan Speed
Bump relatif mahal menyebabkan biaya produksi mahal oleh sebab itu
dilakukan Penelitian baru tentang serat alam dari tandan kosong kelapa
sawit (TKKS). Tujuan penelitian ini adalah untuk mensimulasi pembebanan
statik pada Speed Bump bahan concrete foam yang diperkuat serat TKKS
dengan menggunakan software Ansys. pada penelitian ini spesimen yang
akan diuji 6 model dan disimulasi statik pada sisi atas untuk mengetahui
distribusi tegangan pada Speed Bump. Speed Bump dimodel dengan
menggunakan software solidworks dan disimulasi menggunakan Software
Ansys untuk dibandingkan distribusi tegangannya. Pada penelitian ini hasil
simulasi statik pada sisi atas Speed Bump diperoleh tegangan Equivalent
Stress yang paling rendah didapat pada model Speed Bump tipe 2 tanpa
lapisan besi sebesar 0.98577 MPa dibandingkan model Speed Bump tipe
lainnya, Stress x Axis yang paling rendah pada model Speed Bump tipe 2
tanpa lapisan besi sebesar 0.055077 MPa dibandingkan model Speed Bump
tipe lainnya. Stress y Axis yang paling rendah pada model Speed Bump tipe
2 tanpa lapisan besi sebesar 0.058577 MPa dibandingkan model Speed

Bump tipe lainnya. Stress z Axis yang paling rendah pada model Speed Bump
tipe 2 tanpa lapisan besi sebesar 0.20051 MPa dibandingkan model Speed
Bump tipe lainnya.
Kata kunci : Speed bump, Software ANSYS, Software solidworks

i
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
Speed Bump (vehicle speed limiter) is part of the elevated form of additional
asphalt or cement that are strung across the street for a sign of slow down.
Functions that improve safety for road users. Speed Bump material
manufacture is relatively expensive cause expensive production costs and
therefore do new research on natural fibers of oil palm empty fruit bunches
(EFB). The purpose of this study is to simulate the static loading on a Speed
Bump foam material fiber reinforced concrete foam using Ansys software.
in this study the specimen to be tested 6 models and simulated static on the
upper side to determine the stress distribution at the Speed Bump. Speed
Bump modeled using SolidWorks software and simulated using ANSYS
software to compare the voltage distribution. In this study the results of

simulations of static on the upper side of the Speed Bump obtained voltage
Equivalent Stress lowest obtained in the Type 2 without case Speed Bump
model amounted of 0.98577 MPa compared models of Speed Bump other
types, Stress x Axis lowest in the Type 2 without case Speed Bump model
amounted of 0.055077 MPa compared to other types of Speed Bump
models. Stress y Axis lowest in the Type 2 without case Speed Bump model
amounted of 0.058577 MPa compared to other types of Speed Bump
models. Stress z Axis lowest in the Type 2 without case Speed Bump model
amounted 0.20051 MPa compared to other types of Speed Bump models.
Keywords: Speed bump, ANSYS software, SolidWorks Software

ii

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan
kesempatan dan waktu sehingga dapat menyelesaikan proposal Tugas Akhir yang
berjudul “ Desain dan analisis struktur Speed Bump dengan bahan concrete

foam yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit dengan menggunakan
Software Ansys ʼ ʼ .
Laporan hasil penelitian skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus
dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Reguler Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis laporan ini adalah betujuan mengedepankan penggunaan serat TKKS untuk
penguat pada produk.
Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Dosen Pembimbing penulis
yang banyak memberi masukan serta membina saya selama mengerjakan
penelitian ini.
2. Bapak Dr. Ir. M Sabri, MT selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Bapak
Terang Ukur H. S. Ginting Manik, ST MT selaku sekretaris, Bapak Ir.
Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.
3. Seluruh Staff pengajar DTM FT-USU yang telah memberikan bekal
pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai
administrasi DTM FT USU.
4. Kedua orang tua saya atas doa dan motivasi yang tiada henti untuk
memberikan semangat agar dapat menyelesaikan skripsi ini.
5. Rekan satu tim IFRC, senior Magister Teknik Mesin Maraghi Mutaqin,

Alexander Sebayang, dan Herry Darmadi, dan teman satu lab IFRC Indra
Gunawan, Yusmar Alkholidi, Saputra jaya dan Septian Sebayang yang telah
memberi semangat dalam menyelesaikan skripsi ini.
6. Seluruh Teman-teman stambuk 2012 yang telah memberi dukungan dan
semangat berupa tenaga dan motivasi kepada penulis.

iii
Universitas Sumatera Utara

Adapun saran dan kritikan pada penulisan skripsi ini dibutuhkan penulis.
Atas kerja samanya diucapkan terima kasih.
Medan,

Mei 2017

Penulis,

(Andy Maulana Putra)

iv

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
ABSTRAK .............................................................................................................. i
KATA PENGANTAR.......................................................................................... iii
DAFTAR ISI...........................................................................................................v
DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii
DAFTAR NOTASI............................................................................................. xiii
BAB 1 PENDAHULUAN ......................................................................................1
1.1 Latar Belakang.........................................................................................1
1.2 Tujuan Penelitian.....................................................................................6
1.2.1 Tujuan Umum.................................................................................6
1.2.2 Tujuan Khusus................................................................................7
1.3 Batasan Masalah ......................................................................................7
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................8
2.1 Pendahuluan.............................................................................................8
2.2 Bahan Komposit ....................................................................................17
2.2.1 Klasifkasi material komposit ........................................................19
2.2.2 Teknik pembuatan material komposit ..........................................19

2.3 Material Komposit Concreat Foam .......................................................21
2.3.1 Semen ...........................................................................................21
2.3.2 Pasir ..............................................................................................22
2.3.3 Air.................................................................................................22
2.3.4 Bahan pengembang.......................................................................23
2.3.5 Serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) ..................................23
2.4 Beton Ringan ........................................................................................24
2.5 Perilaku Mekanik Akibat Beban Tekan Statik .....................................27

v
Universitas Sumatera Utara

2.6 Simulasi Numerik ................................................................................. 31
BAB 3 METODE PENELITIAN........................................................................33
3.1 Tempat dan Waktu .................................................................................33
3.1.1 Tempat .............................................................................................33
3.1.2 Waktu...............................................................................................33
3.2 Desain Speed Bump ................................................................................33
3.2.1 Model speed bump penghasil listrik ..............................................40
3.3 Material Yang Digunakan .......................................................................44

3.4 Parameter Desain ....................................................................................45
3.5 Simulasi Statik Struktural .......................................................................45
3.5.1 Engineering Data ......................................................................... 45
3.5.2 Mesh .............................................................................................47
3.5.3 Fix Support ...................................................................................49
3.5.4 Pembebanan..................................................................................52
3.6 Uji Lindas Secara Langsung .................................................................. 54
3.7 Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 59
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................60
4.1 Pendahuluan ...........................................................................................60
4.2 Hasil pembuatan Speed Bump ...............................................................60
4.2.1 Model Speed Bump tipe 1 (variasi tinggi 52 mm) ......................60
4.2.2 Model Speed Bump tipe 2 (variasi tinggi 40 mm) ......................61
4.3 Simulasi Statik Menggunakan Ansys Workbenh....................................62
4.4 Simulasi Pembeban Pada Sisi Atas ........................................................63
4.4.1 Model Speed Bump tipe 1 (variasi tinggi 52 mm) ......................63
4.4.2 Model Speed Bump tipe 2 (variasi tinggi 40 mm) ......................65
4.5 Hasil Simulasi Speed Bump....................................................................67

vi

Universitas Sumatera Utara

4.5.1 Hasil Simulasi Equivalent Stress ..................................................67
4.5.2 Hasil Simulasi Normal Stress X Axis.......................................... 71
4.5.3 Hasil Simulasi Normal Stress Y Axis.......................................... 75
4.5.4 Hasil Simulasi Normal Stress Z Axis .......................................... 79
4.6 Kumpulan dan Perbandingan Data Hasil Simulasi Pengujian ................83
4.7 Hasil dan Perbandingan Pengujian Uji Lindas........................................89
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ...............................................................95
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................97

vii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Pintu Tol jalan bebas hanbatan.............................................................2
Gambar 1.2 Sistem mekanik Speed Bump...............................................................6
Gambar 2.1 Speed Bump .........................................................................................8
Gambar 2.2 Desain standart Speed Bump................................................................9
Gambar 2.3 Ilustrasi pembebanan Speed Bump ....................................................10

Gambar 2.4 Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat pertama melintas.......10
Gambar 2.5 Free body diagram gaya yang bekerja pada Speed Bump .................11
Gambar 2.6 Analisa gaya yang diterima Speed Bump pada titik puncak ..............14
Gambar 2.7 Free body diagram gaya yang bekerja saat di atas Speed Bump .......15
Gambar 2.8 Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit ....................17
Gambar 2.9 Tipikal kurva respon tegangan-regangan akibatbeban tekan statis ....29
Gambar 2.10 Diagram uji tekan statik ...................................................................29
Gambar 3.1 Sketsa sistem mekanik kedua.............................................................34
Gambar 3.2 Model 3D Speed Bump ......................................................................37
Gambar 3.3 Sistem mekanik Speed Bump.............................................................39
Gambar 3.4 Ilustrasi Speed Bump .........................................................................40
Gambar 3.5 Aturan keputusan Mentri Perhubungan..............................................40
Gambar 3.6 Model perencanaan Speed Bump tipe 1 .............................................42
Gambar 3.7 Model perencanaan Speed Bump tipe 2.............................................44
Gambar 3.8 Data material baru ..............................................................................46
Gambar 3.9 Data toolbox density...........................................................................46

viii
Universitas Sumatera Utara

Gambar 3.10 Data toolbox isotropic elasticity.......................................................47
Gambar 3.11 Details of Mesh ................................................................................48
Gambar 3.12 Mesh Speed Bump variasi ketinggian 52 mm dan 40 mm...............48
Gambar 3.13 Mesh Speed Bump ketinggian 52 mm casing 1 mm dan 2 mm.......49
Gambar 3.14 Mesh Speed Bump ketinggian 40 mm casing 1 mm dan 2 mm.......49
Gambar 3.15 Details of Fix Support ......................................................................50
Gambar 3.16 Fix Support Speed Bump variasi ketinggian 52 mm dan 40 mm.....50
Gambar 3.17 Fix Support Speed Bump tinggi 52 mm casing 1 mm dan 2 mm ....51
Gambar 3.18 Fix Support Speed Bump tinggi 40 mm casing 1 mm dan 2 mm ....51
Gambar 3.19 Details of nodal pressure ..................................................................52
Gambar 3.20 Pembebanan Speed Bump variasi ketinggian 52 mm dan 40 mm ...53
Gambar 3.21 Pembebanan Speed Bump tinggi 52 mm casing 1 mm dan 2 mm...53
Gambar 3.22 Pembebanan Speed Bump tinggi 40 mm casing 1 mm dan 2 mm...54
Gambar 3.23 Gambar ilustrasi ban.........................................................................54
Gambar 3.24 Gambar landasan uji lindas ..............................................................56
Gambar 3.25 Gambar ilustrasi sistem mekanik .....................................................56
Gambar 3.26 Diagram alir penelitian.....................................................................59
Gambar 4.1 Model speed bump tipe 1 untuk di jalan Tol......................................60
Gambar 4.2. Model speed bump tipe 1 (a) casing 1mm (b) casing 2 mm .............61
Gambar 4.3 Model Speed Bump tipe 2 untuk di jalan tol......................................61
Gambar 4.4. Model speed bump tipe 2 (a) casing 1mm (b) casing 2 mm .............62
Gambar 4.5 Pembebanan Speed Bump tipe 1 untuk di jalan Tol ...........................64

ix
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.6 Pembebanan speed bump tipe 1 (a) casing 1mm (b) casing 2 mm ....65
Gambar 4.7 Pembebanan speed bump tipe 2 untuk di jalan Tol............................65
Gambar 4.8 Pembebanan speed bump tipe 2 (a) casing 1mm (b) casing 2 mm ....66
Gambar 4.9 Hasil distribusi Equialent Strss Speed Bump tipe 1 tanpa casing ......67
Gambar 4.10 Equivalent Stress tipe 1(a) casing 1mm (b) casing 2mm .................68
Gambar 4.11 Equivalent Stress Speed Bump tipe 2 tanpa casing ..........................69
Gambar 4.12 Equivalent Stress Speed Bump tipe 2 (a) casing 1mm (b) casing
2mm ..................................................................................................70
Gambar 4.13 Hasil distribusi Normal Stress x Axis Speed Bump tipe 1 tanpa
casing ................................................................................................71
Gambar 4.14 Normal Stress x Axis Speed Bump tipe 1 (a) casing 1mm (b) casing
2mm ..................................................................................................72
Gambar 4.15 Hasil distribusi Normal Stress x Axis Speed Bump tipe 2 tanpa
casing ................................................................................................73
Gambar 4.16 Normal Stress x Axis Speed Bump tipe 2 (a) casing 1mm (b) casing
2mm ..................................................................................................74
Gambar 4.17 Hasil distribusi Normal Stress y Axis Speed Bump tipe 1 tanpa
casing ................................................................................................75
Gambar 4.18 Normal Stress y Axis Speed Bump tipe 1(a) casing 1mm (b) casing
2mm ..................................................................................................76
Gambar 4.19 Hasil distribusi Normal Stress y Axis Speed Bump tipe 2 tanpa
casing ................................................................................................77
Gambar 4.20 Normal Stress y Axis Speed Bump tipe 2 (a) casing 1mm (b) casing
2mm ..................................................................................................78
Gambar 4.21 Hasil distribusi Normal Stress z Axis Speed Bump tipe 1 tanpa

x
Universitas Sumatera Utara

casing ................................................................................................79
Gambar 4.22 Normal Stress z Axis Speed Bump tipe 1 (a) casing 1mm (b) casing
2mm ..................................................................................................80
Gambar 4.23 Hasil distribusi Normal Stress z Axis Speed Bump tipe 2 tanpa
casing ...............................................................................................81
Gambar 4.24 Normal Stress z Axis Speed Bump tipe 2 (a) casing 1mm (b) casing
2mm ..................................................................................................82
Gambar 4.25 Grafik perbandingan Equivalent Stress Speed Bump.......................84
Gambar 4.26 Grafik perbandingan Stress x Axis Speed Bump...............................85
Gambar 4.27 Grafik perbandingan Stress y Axis Speed Bump...............................86
Gambar 4.28 Grafik perbandingan Stress z Axis Speed Bump...............................87
Gambar 4.29 Grafik Validasi Speed Bump ............................................................88
Gambar 4.30 Gambar landasan pengujian lindas...................................................89
Gambar 4.31 Gambar ban mobil............................................................................90

xi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Bahan Penyusun Tandan Kosong Kelapa Sawit ....................................24
Tabel 3.1 Kegiatan Penelitian ................................................................................33
Tabel 3.2 Data material ANSYS............................................................................45
Tabel 3.3 Parameter desain speed bump ................................................................45
Tabel 4.1 Hasil simulasi numerik speed bump ......................................................83
Tabel 4.2 Validasi speed bump ..............................................................................88
Tabel 4.3 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan pertama ..........................91
Tabel 4.4 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan kedua..............................92
Tabel 4.5 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan ketiga .............................92
Tabel 4.6 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan keempat..........................93
Tabel 4.7 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan kelima ............................93

ii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

Simbol

Keterangan

Satuan

E

Modulus elastisitas

Mpa

σ

Tegangan

Mpa

ε

Regangan

mm/mm

F

Beban tekan

N

A

Luas penampang yang dikenai beban tekan

mm2

Δ ℓ

perubahan panjang yang terjadi

mm

ℓ

Panjang awal (mula-mula)

mm


iii

Universitas Sumatera Utara