Uji Coba Dan Analisa Struktur Speed Bump Bahan Concrete Foam Diperkuat Batang Polymeric Foam Yang Digunakan Untuk Pembangkit Daya Listrik
UJI COBA DAN ANALISA STRUKTUR SPEED BUMP BAHAN
CONCRETE FOAM DIPERKUAT BATANG POLYMERIC FOAM
YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMBANGKIT DAYA LISTRIK
TESIS
OLEH
HERRY DARMADI
147015004
MAGISTER TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
UJI COBA DAN ANALISA STRUKTUR SPEED BUMP BAHAN
CONCRETE FOAM DIPERKUAT BATANG POLYMERIC FOAM
YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMBANGKIT DAYA LISTRIK
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Pada Program Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
HERRY DARMADI
147015004/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Bentuk profil speed bump yang tidak sesuai dapat membahayakan pengguna jalan
yang melintas. Penelitian ini berfokus pada pembuatan profil speed bump dari
material concrete foam dan polymeric foam diperkuat serat TKKS agar diperoleh
desain stuktur speed bump yang lebih baik dan lebih aman sesuai standar. Tujuan
penelitian ini adalah menganalisis kelemahan dan ketangguhan struktur speed bump
dari bahan concrete foam dan polymeric foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa
Sawit (TKKS) yang dikenai beban impak jatuh bebas dan uji lindas. Manfaat
penelitian ini untuk memanfaatkan serta mengolah Tandan Kosong kelapa Sawit
(TKKS) hasil pabrik kelapa sawit agar dapat bernilai ekonomis. Banyaknya limbah
kelapa sawit membuat penulis melakukan penelitian untuk memanfaatkan limbah
kelapa sawit menjadi lebih bermanfaat. Pencarian energi alternatif dari sumber energi
yang mempunyai potensi namun sering diabaikan. Kebutuhan energi yang berbanding
lurus dengan peningkatan eksponensial populasi umat manusia membuat manusia
secara cepat harus beralih menuju sumber energi alternatif terbarukan. Listrik
merupakan energi yang mempunyai peran penting dalam kehidupan manusia. PLN
sebagai penyedia energi listrik sekarang ini mengalami kesulitan untuk mencukupi
kebutuhan energi listrik nasional. hal ini disebabkan karena kebutuhan listrik jauh
lebih besar dibandingkan dengan kapasitas pembangkitan energi yang ada saat ini.
Kondisi demikian, mendorong untuk mencari dan mengkaji pemanfaatan sumber
energi baru, yang sifatnya terbarukan, murah, ramah lingkungan serta jumlahnya
tidak terbatas, pembuatan pembangkit listrik tenaga speed bump ini bertujuan untuk
merencanakan speed bump dapat menjadi sumber energi untuk pembangkit listrik.
Metode yang dilakukan adalah metode penelitian eksperimen. Data diperoleh melalui
pengujian impak jatuh bebas pada speed bump dari bahan concrete foam dan
polymeric foam. Pembuatan speed bump menggunakan campuran semen 26%, pasir
38%, air 28%, blowing agent 5%, serat TKKS 3%. Dimensi speed bump berongga
200 x 400 x 150 mm dan 450 × 400 × 40. Pembuatan polymeric foam menggunakan
bahan; bahan pengembang 20%, resin 60%, serat TKKS 10%, katalis 10%. Dari hasil
uji impak jatuh bebas pada ketinggian 1 meter speed bump yang memiliki tegangan
paling rendah adalah speed bump variasi 2 rongga dengan bar 3 inci pada spesimen
tiga dengan Tegangan 0.142 MPa dan F max 284.78 N. Sedangkan speed bump
concrete foam memiliki tegangan paling tinggi sebesar 0.239 MPa dan F max 477.26
N. Uji lindas terhadap speed bump concrete foam menggunakan mobil honda FREED
dengan berat 1330 kg didapatkan hasil bahwa spesimen B1 memiliki kekuatan paling
baik karena dalam 5 kali pelindasan tidak mengalami keretakan. Untuk tegangan
listrik yang dihasilkan pada speed bump sebesar 0.32 volt dan putaran yang didapat
pmdc sebesar 50 Rpm.
Kata kunci: Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Beban Impak , Concrete
foam, Polymeric Foam, Speed bump, DAQ Impact Testing, Uji lindas.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Incorrect speed bump profile shapes can harm road users passing by. This study
focuses on making speed bump profiles of concrete foam materials and polymeric
foam reinforced TKKS fibers in order to obtain better and safer standard bump
structure designs according to standard. The objectives of this study were to analyze
the weakness and toughness of the speed bump structure of concrete foam and
polymeric foam reinforced Fibers of Empty Fruit Bunches (EFB) subjected to free
fall impact load and bump road test. The benefit of this research is to utilize and
process Empty Fruit Bunches (EFB) from palm oil mill to have more economic
values. The amount of palm oil waste makes the authors do research to utilize the
waste of palm oil to be more useful. The search for alternative energy from potential
energy sources is often overlooked. Energy requirements that are directly
proportional to the exponential increase in human populations make humans should
quickly move towards alternative renewable energy sources. Electricity is the energy
that has an important role in human life. National Electricity Company (PLN) as a
provider of electrical energy is currently experiencing difficulties to meet the needs of
national electrical energy. This is due to the need for electricity is much greater than
the capacity of the existing energy generation. Such conditions, encourage us to seek
and review the utilization of new energy sources, which are renewable, cheap,
environmentally friendly and the amount is not limited. Making speed bump power
plant is intended to plan the speed bump can be a source of energy for power plants.
The method used is experimental research method. Data were obtained through free
fall impact tests on speed bumps of concrete foam and polymeric foam materials.
Speed bump is designed and procuced using cement mix 26%, sand 38%, water 28%,
blowing agent 5%, and TKKS fiber 3%. Hollow speed bump dimensions are two: 200
x 400 x 150 mm and 450 × 400 × 40. Manufacture of polymeric foam uses 20%
developer material, 60% resin, 10% TKKS fiber, and 10% catalyst. From free impact
test result at one meter height, it is found that the speed bump which has the lowest
voltage is the speed bump variation of 2 cavities with 3 cm diameter bar where the
voltage is 0.142 MPa and the maximum force is 284.78 N. While the speed bump
concrete foam has the highest voltage of 0.239 MPa and maximum force of 477.26 N.
Road bump test of speed bump concrete foam (driving generator) was using a car
weighing 1330 kg. It was observed that the specimen B1 has the best strength; in five
repeated test times no crack was occurred. We also found that the voltage generated
at the speed bump is of 0.32 volts and the speed of DC motor (PMDC) of 50 rpm.
Keywords: Oil Palm Bunches (EFB), Impact Burden, Concrete foam, Polymeric
Foam, Speed bump, DAQ Impact Testing, LDS Test.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
✓ Data Pribadi
Nam a
:
HERRY DARMADI, ST.
Tempat & Tgl. lahir
:
Kuala Simpang, 18 Juli 1985
Alamat Domisili
:
JL Perhubungan Gg Karto Dusun Kenanga Lau Dendang
Percut Sei Tuan – Deli Serdang 20371
Phone & e-mail
:
Mobile +6285297777818 / 081319876392
herry.darmadi@gmail.com
✓ Pendidikan
1991 - 1996
:
SD Negeri No 1 Langsa
1996 – 1997
1997 - 2000
:
:
SD Negeri No 006 Batam
SMP Negeri 3 Batam
2000 - 2000
:
SMU Negeri 1 Batam
2000 - 2003
:
SMU Negeri 2 Pematang Siantar
2003 - 2010
:
Institute Sains Dan Teknologi Nasional
:
Analisis Degradasi Struktur dan Sifat Mekanis Material
Secondary Superheater Intermediate Tube Sebuah Boiler
Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU ).
:
Magister Teknik Mesin (S2) Universitas Sumatera Utara
(USU) Medan.
Tugas akhir
.
2014 - 2017
Bidang: Material Struktur.
Universitas Sumatera Utara
Tesis
:
Uji Coba Dan Analisa Struktur Speed Bump Bahan
Concrete Foam Diperkuat Batang Polymeric Foam Yang
Digunakan Untuk Pembangkit Daya Listrik
:
PDAM TIRTANADI Sunggal
✓ Kunjungan Industri
2013
✓ Simposium/Seminar
2016
: Pemakalah pada Seminar Ilmiah dalam rangka Dies Natalis
USU ke-64 (SI-ke-64 USU), Medan.
2016
: International Conference on Computing And Applied
Informatics (ICCAI)
Demikianlah Informasi tentang Daftar Riwayat Hidup saya.
Medan, Februari 2017
Hormat saya,
Herry Darmadi
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Dengan rahmat dan karunia Allah subhanahuwata’ala akhirnya penulis dapat
menyelesailkan hasil penelitian tesis ini yang merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi
oleh setiap mahasiswa agar mendapatkan gelar Magister Teknik di Program Studi Magister
Teknik Mesin FT-USU. Adapun Judul dari tesis penelitian ini adalah: “UJI COBA DAN
ANALISA STRUKTUR SPEED BUMP BAHAN CONCRETE FOAM DIPERKUAT
BATANG POLYMERIC FOAM YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMBANGKIT DAYA
LISTRIK”.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada riset penelitian unggul
peguruan tinggi karna membiayai dalam riset penelitian speed bump dan semua pihak yang telah
membantu penulis baik secara moril maupun materil, langsung dan tidak langsung sehingga
usulan penelitian tesis ini selesai, yaitu kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku
Ketua Komisi Pembimbing, seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Magister
Teknik Mesin FT-USU, yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan
administratif selama penulis mengikuti pendidikan.
Tak terlupakan jasa ayahanda Sudarso yang mendukung penuh langkah penulis
melanjutkan pendidikan lebih lanjut dan ibunda tercinta Nurhikmah Spd yang selalu
menanamkan rasa sabar dan rasa syukur kepada Illahi atas semua anugerah yang telah diperoleh.
Kepada merekalah penulis mempersembahkan semua ini. Serta semua pihak keluarga terutama
istri saya Riska Mayasari Spd dan juga anak saya Alif Athfal Darmadi yang telah memberikan
6
Universitas Sumatera Utara
7
banyak sekali dukungan baik materil, moril dan doa selama pendidikan ini berlangsung, sehingga
penulis tetap memiliki konsistensi dalam menyelesaikan studi dengan baik.
Ucapan terima kasih kepada PT. Dunia Kharisma Indonesia khususnya Ibu Indah Lestari
yang telah mengizinkan saya untuk kuliah sambil berkerja pada perusahaan yang ibu pimpin,
Kemudian ucapan terima kasih kepada rekan-rekan Team IFRC khususnya Maraghi Muttaqin,
ST.,MT., Alexander Sebayang, ST.,MT. serta rekan-rekan mahasiswa pasca sarjana Magister
Teknik Mesin FT-USU yang telah banyak membantu baik langsung maupun tak langsung dalam
penyelesaian laporan hasil penelitian tesis ini serta pihak-pihak terkait yang tidak dapat diuraikan
satu persatu.
Atas kerja samanya diucapkan terima kasih.
Medan,
Februari 2017
Penulis,
Herry Darmadi
Universitas Sumatera Utara
8
DAFTAR ISI
Halaman
i
ABSTRAK
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
V
DAFTAR TABEL
Viii
DAFTAR GAMBAR
Ix
DAFTAR LAMPIRAN
Xi
BAB 1 Pendahuluan
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Rumusan Masalah
6
1.3
Tujuan Penelitian
7
1.2.1. Tujuan Umum
7
1.2.2. Tujuan Khusus
7
1.4
Batasan Masalah
BAB 2 Tinjauan Pustaka
8
9
2.1
Speed Bump
2.2
Pengertian Bahan Komposit
10
2.2.1. Klasifikasi Material Komposisi
13
2.2.2. Teknik Pembuatan Material Komposit
14
2.3. Beton
2.3.1. Adukan Beton
2.4. Material Komposit Concrete Foam
9
15
18
19
2.4.1. Semen
19
2.4.2. Pasir
20
Universitas Sumatera Utara
9
2.5.
2.4.3. Air
21
2.4.4. Blowing Agent
21
2.4.5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
21
2.4.6. Material yang digunakan
23
Material Komposit Polymeric Foam
25
2.5.1. Polyester resin tak jenuh
25
2.5.2. Blowing Agent
27
2.5.3. Katalis MEKPO
28
2.6. Densitas
29
2.7. Karakteristik Mekanik Material
29
2.7.1. Pengujian dinamik
29
2.7.1.1. pengujian impak jatuh bebas
29
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
34
3.1. Tempat dan Waktu
34
3.1.1. Tempat
34
3.1.2. Waktu
34
3.2. Desain Speed Bump
34
3.2.1. Model Speed Bump penghasil listrik jalan tol
41
3.2.2. Model Speed Bump Untuk Di Jalan Raya
43
3.3. Peralatan dan Bahan
45
3.3.1. Peralatan
45
3.3.2. Bahan
51
3.4. Parameter Desain
58
3.5. Prosedur Pembuatan Polymeric Foam
58
3.6. Prosedur Pembuatan Speed Bump
60
3.7. Prosedur Pengujian Impak Jatuh Bebas
64
Universitas Sumatera Utara
10
3.7.1. Set-up Pengujian Impak
65
3.7.2. Prosedur Pengujian Impak
65
3.7.3. Prosedur Kalibrasi
66
3.8. Uji lindas Secara Langsung
69
3.9. Diagram Alir Penelitian
73
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
74
4.1. Pendahuluan
74
4.2. Pembuatan Speed Bump
74
4.3. Pembuatan Polymeric Foam
75
4.4. Pengujian Impak Jatuh Bebas
76
4.4.1. Pengujian impak jatuh bebas speed bump
concrete foam
77
4.4.2. Pengujian impak jatuh bebas Speed Bump single
bar polymeric foam 1 inci
79
4.4.3. Pengujian impak jatuh bebas speed bump single
polymeric foam 2 inci
81
4.4.4. Pengujian impak jatuh bebas dengan single
polymeric foam rongga 3 inci.
83
4.4.5. Pengujian impak jatuh bebas double polymeric
foam rongga 1 inci
85
4.4.6. Pengujian impak jatuh bebas dengan rongga 2
inch.
86
4.4.7. Pengujian impak jatuh bebas dengan 2 rongga 3
inci.
89
4.5. Kumpulan Dan Perbandingan Data Hasil Pengujian
impak jatuh bebas
91
4.6. Uji Lindas
95
4.6.1 Set Up pengujian lindas
95
4.6.2 Hasil Uji lindas langsung untuk Speed Bump
Concrete Foam
99
Universitas Sumatera Utara
11
4.6.2.1 Spesimen A uji lindas
99
4.6.2.2 Spesimen B uji lindas
100
4.6.2.3 Spesimen C uji lindas
102
4.6.3 Rangkuman hasil uji lindas
BAB 5
104
4.7. Perhitungan Gaya dan Tegangan Speed Bump pada saat
dilindas mobil
110
KESIMPULAN DAN SARAN
112
5.1. Kesimpulan
112
5.2. Saran
114
DAFTAR PUSTAKA
116
Universitas Sumatera Utara
12
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit.
22
Tabel 2.2
Berat jenis (ρ) Concrete Foam berdasarkan komposisi
23
Tabel 2.3
Hasil pengujian kuat statik tekan spesimen Concrete Foam
24
Tabel 2.4
Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.
26
Tabel 2.5
Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh
30
Tabel 3.1
Lokasi dan aktivitas penelitian
34
Tabel 3.2
Spesifikasi mesin penghalus serat
49
Tabel 3.3
Spesifikasi mesin pengaduk semen
51
Tabel 3.4
Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.
57
Tabel 3.5
Parameter desain
58
Tabel 3.6
Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram
61
Tabel 4.1
Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram
75
Tabel 4.2
Komposisi material polymeric foam
75
Tabel 4.3
Data uji impak speed bump concrete foam ketinggian 1 meter
78
Data uji impak Speed Bump single polymeric foam 1 inci
80
Tabel 4.4
ketinggian 1 meter
Data uji impak speed bump single polymeric foam 2 inci
84
Tabel 4.5
Ketinggian 1 meter
Data uji impak speed bump single polymeric foam 3 inci
85
Tabel 4.6
ketinggian 1 meter
Tabel 4.7
Data uji impak speed bump double polymeric foam 1 inci
87
Universitas Sumatera Utara
13
ketinggian 1 meter
Tabel 4.8
Data uji impak speed bump double polymeric foam 2 inci ketinggian 1
meter
89
Data uji impak speed bump double polymeric foam 3 inci
91
Tabel 4.9
ketinggian 1 meter
Tabel 4.10 Hasil pengujian jatuh bebas
93
Tabel 4.11 Rangkuman hasil pengujian impak jatuh bebas
94
Tabel 4.12 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan pertama
105
Tabel 4.13 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan Kedua
106
Tabel 4.14 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan Ketiga
107
Tabel 4.15 Rangkuman Hasil Uji lindas percobaan Keempat
108
Tabel 4.16 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan kelima
109
Universitas Sumatera Utara
14
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1.
Pintu tol jalan bebas hambatan (highway toll gate)
2
Gambar 1.2.
Sistem mekanik Speed Bump
6
Gambar 2.1.
Speed bump
9
Gambar 2.2.
Desain standar Speed Bump
10
Gambar 2.3.
Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit
12
Gambar 2.4.
Serat TKKS yang dihaluskan
23
Gambar 2.5.
Grafik hubungan v – t
30
Gambar 3.1.
Sketsa sistem mekanik kedua
35
Gambar 3.2.
Model 3D speed bump
38
Gambar 3.3.
Sistem mekanik Speed Bump
39
Gambar 3.4.
Ilustrasi speed bump saat dilindas ban.
40
Gambar 3.5.
Aturan Keputusan Mentri Perhubungan
41
Gambar 3.6.
Model Perencanaan Speed Bump di jalan Tol tipe 1
42
Gambar 3.7.
Model Perencanaan Speed Bump di jalan Tol tipe 2 model sketsa 2D
42
Gambar 3.8.
Model Perencanaan Speed Bump di jalan Tol Sketsa model 3D
43
Gambar 3.9.
Desain Speed Bump dengan single bar Polymeric Foam
44
Gambar 3.10.
Pandangan Depan Speed Bump dengan Double bar Polymeric Foam
45
Gambar 3.11.
Gunting
45
Gambar 3.12.
Ayakan
46
Gambar 3.13.
Ember plastic
46
Gambar 3.14.
Cetakan
47
Universitas Sumatera Utara
15
Gambar 3.15.
Timbangan
47
Gambar 3.16.
Sendok semen
48
Gambar 3.17.
Oli
49
Gambar 3.18.
Mesin penghalus serat
49
Gambar 3.19.
Sarung tangan karet
50
Gambar 3.20.
Mesin pengaduk
50
Gambar 3.21.
Semen
52
Gambar 3.22.
Pasir
Gambar 3.23.
Bahan pengembang
54
Gambar 3.24.
Serat TKKS
54
Gambar 3.25.
Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX
56
Gambar 3.26.
Blowing Agent
57
Gambar 3.27.
Katalis
57
Gambar 3.28.
Polymeric Foam
59
Gambar 3.29.
Penuangan pasir
61
Gambar 3.30.
Penuangan semen
61
Gambar 3.31.
Penuangan serat TKKS
62
Gambar 3.32.
Penuangan bahan pengembang
62
Gambar 3.33.
Penuangan mortar dalam cetakan
62
Speed Bump berbahan Concrete Foam diperkuat serat
63
53
Gambar 3.34.
TKKS
Gambar 3.35.
Alat Pengujian Impak Jatuh Bebas
64
Gambar 3.36.
Komponen alat uji impak jatuh bebas
65
Gambar 3.37.
DAQ for Helmet Impact testing Software.
67
Gambar 3.38.
Kabel Loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV
68
Gambar 3.39.
Calibration Program
68
Universitas Sumatera Utara
16
Gambar 3.40.
Sketsa 2D Pengujian lindas mobil
69
Gambar 3.41.
Ilustrasi ban mobil
70
Gambar 3.42.
Gambar ilustrasi sistem mekanik
72
Gambar 3.43.
Diagram alir penelitian
73
Gambar 4.1.
Posisi speed bump datar
76
Gambar 4.2.
Pengujian impak jatuh bebas concrete foam 1 m.
77
Gambar 4.3.
Grafik Concrete Foam 1 meter
78
Pengujian impak jatuh bebas single polymeric foam
79
Gambar 4.4.
rongga 1 inci.
Gambar 4.5.
Keretakan pada speed bump single polymeric foam 1 inci
79
Gambar 4.6.
Grafik Single Polymeric Foam 1 meter 1 inci
80
Pengujian impak jatuh bebas single polymeric foam
81
Gambar 4.7.
rongga 2 inci.
Gambar 4.8.
Keretakan pada speed bump single polymeric foam 2 inci
82
Gambar 4.9.
Single Polymeric Foam 1 meter 2 inci
82
Gambar 4.10.
Pengujian impak jatuh bebas dengan rongga 3 inci.
83
Gambar 4.11.
Keretakan pada speed bump single polymeric foam 3 inci
84
Gambar 4.12.
Grafik Single Polymeric Foam 1 meter 3 inci
84
Gambar 4.13.
Pengujian impak jatuh dengan 2 rongga 1 inci 1 m.
85
Hasil uji impak speed bump double polymeric foam
86
Gambar 4.14.
rongga 1 inci ketinggian 1 m
Gambar 4.15.
Grafik Double Polymeric Foam 1 meter 1 inci
Gambar 4.16.
Pengujian impak jatuh dengan 2 rongga 2 inci 1 m.
87
Hasil uji impak speed bump double polymeric foam
88
86
Gambar 4.17.
rongga 2 inci ketinggian 1 m
Gambar 4.18.
Grafik Double Polymeric Foam 1 meter 2 inci
88
Universitas Sumatera Utara
17
Gambar 4.19.
Pengujian impak jatuh dengan 2 rongga 3 inci 1 m
89
Hasil uji impak speed bump double polymeric foam
90
Gambar 4.20
rongga 3 inci ketinggian 1 m
Gambar 4.21
Grafik Double Polymeric Foam 1 meter 3 inci
90
Gambar 4.22
Rangkuman Gaya pada speed bump
91
Gambar 4.23
Rangkuman tegangan pada speed bump
92
Gambar 4.24
Set up sistim mekanik
95
Gambar 4.25
Set up pengujian lindas
96
Gambar 4.26
Spesimen A1 Speed Bump
199
Gambar 4.27
Spesimen A2 Speed Bump
100
Gambar 4.28
Spesimen B1 Speed Bump
101
Gambar 4.29
Spesimen B2 Speed Bump
102
Gambar 4.30
Spesimen C1 Speed Bump
103
Gambar 4.31
Spesimen C2 Speed Bump
104
Universitas Sumatera Utara
CONCRETE FOAM DIPERKUAT BATANG POLYMERIC FOAM
YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMBANGKIT DAYA LISTRIK
TESIS
OLEH
HERRY DARMADI
147015004
MAGISTER TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
UJI COBA DAN ANALISA STRUKTUR SPEED BUMP BAHAN
CONCRETE FOAM DIPERKUAT BATANG POLYMERIC FOAM
YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMBANGKIT DAYA LISTRIK
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Pada Program Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
HERRY DARMADI
147015004/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Bentuk profil speed bump yang tidak sesuai dapat membahayakan pengguna jalan
yang melintas. Penelitian ini berfokus pada pembuatan profil speed bump dari
material concrete foam dan polymeric foam diperkuat serat TKKS agar diperoleh
desain stuktur speed bump yang lebih baik dan lebih aman sesuai standar. Tujuan
penelitian ini adalah menganalisis kelemahan dan ketangguhan struktur speed bump
dari bahan concrete foam dan polymeric foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa
Sawit (TKKS) yang dikenai beban impak jatuh bebas dan uji lindas. Manfaat
penelitian ini untuk memanfaatkan serta mengolah Tandan Kosong kelapa Sawit
(TKKS) hasil pabrik kelapa sawit agar dapat bernilai ekonomis. Banyaknya limbah
kelapa sawit membuat penulis melakukan penelitian untuk memanfaatkan limbah
kelapa sawit menjadi lebih bermanfaat. Pencarian energi alternatif dari sumber energi
yang mempunyai potensi namun sering diabaikan. Kebutuhan energi yang berbanding
lurus dengan peningkatan eksponensial populasi umat manusia membuat manusia
secara cepat harus beralih menuju sumber energi alternatif terbarukan. Listrik
merupakan energi yang mempunyai peran penting dalam kehidupan manusia. PLN
sebagai penyedia energi listrik sekarang ini mengalami kesulitan untuk mencukupi
kebutuhan energi listrik nasional. hal ini disebabkan karena kebutuhan listrik jauh
lebih besar dibandingkan dengan kapasitas pembangkitan energi yang ada saat ini.
Kondisi demikian, mendorong untuk mencari dan mengkaji pemanfaatan sumber
energi baru, yang sifatnya terbarukan, murah, ramah lingkungan serta jumlahnya
tidak terbatas, pembuatan pembangkit listrik tenaga speed bump ini bertujuan untuk
merencanakan speed bump dapat menjadi sumber energi untuk pembangkit listrik.
Metode yang dilakukan adalah metode penelitian eksperimen. Data diperoleh melalui
pengujian impak jatuh bebas pada speed bump dari bahan concrete foam dan
polymeric foam. Pembuatan speed bump menggunakan campuran semen 26%, pasir
38%, air 28%, blowing agent 5%, serat TKKS 3%. Dimensi speed bump berongga
200 x 400 x 150 mm dan 450 × 400 × 40. Pembuatan polymeric foam menggunakan
bahan; bahan pengembang 20%, resin 60%, serat TKKS 10%, katalis 10%. Dari hasil
uji impak jatuh bebas pada ketinggian 1 meter speed bump yang memiliki tegangan
paling rendah adalah speed bump variasi 2 rongga dengan bar 3 inci pada spesimen
tiga dengan Tegangan 0.142 MPa dan F max 284.78 N. Sedangkan speed bump
concrete foam memiliki tegangan paling tinggi sebesar 0.239 MPa dan F max 477.26
N. Uji lindas terhadap speed bump concrete foam menggunakan mobil honda FREED
dengan berat 1330 kg didapatkan hasil bahwa spesimen B1 memiliki kekuatan paling
baik karena dalam 5 kali pelindasan tidak mengalami keretakan. Untuk tegangan
listrik yang dihasilkan pada speed bump sebesar 0.32 volt dan putaran yang didapat
pmdc sebesar 50 Rpm.
Kata kunci: Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Beban Impak , Concrete
foam, Polymeric Foam, Speed bump, DAQ Impact Testing, Uji lindas.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Incorrect speed bump profile shapes can harm road users passing by. This study
focuses on making speed bump profiles of concrete foam materials and polymeric
foam reinforced TKKS fibers in order to obtain better and safer standard bump
structure designs according to standard. The objectives of this study were to analyze
the weakness and toughness of the speed bump structure of concrete foam and
polymeric foam reinforced Fibers of Empty Fruit Bunches (EFB) subjected to free
fall impact load and bump road test. The benefit of this research is to utilize and
process Empty Fruit Bunches (EFB) from palm oil mill to have more economic
values. The amount of palm oil waste makes the authors do research to utilize the
waste of palm oil to be more useful. The search for alternative energy from potential
energy sources is often overlooked. Energy requirements that are directly
proportional to the exponential increase in human populations make humans should
quickly move towards alternative renewable energy sources. Electricity is the energy
that has an important role in human life. National Electricity Company (PLN) as a
provider of electrical energy is currently experiencing difficulties to meet the needs of
national electrical energy. This is due to the need for electricity is much greater than
the capacity of the existing energy generation. Such conditions, encourage us to seek
and review the utilization of new energy sources, which are renewable, cheap,
environmentally friendly and the amount is not limited. Making speed bump power
plant is intended to plan the speed bump can be a source of energy for power plants.
The method used is experimental research method. Data were obtained through free
fall impact tests on speed bumps of concrete foam and polymeric foam materials.
Speed bump is designed and procuced using cement mix 26%, sand 38%, water 28%,
blowing agent 5%, and TKKS fiber 3%. Hollow speed bump dimensions are two: 200
x 400 x 150 mm and 450 × 400 × 40. Manufacture of polymeric foam uses 20%
developer material, 60% resin, 10% TKKS fiber, and 10% catalyst. From free impact
test result at one meter height, it is found that the speed bump which has the lowest
voltage is the speed bump variation of 2 cavities with 3 cm diameter bar where the
voltage is 0.142 MPa and the maximum force is 284.78 N. While the speed bump
concrete foam has the highest voltage of 0.239 MPa and maximum force of 477.26 N.
Road bump test of speed bump concrete foam (driving generator) was using a car
weighing 1330 kg. It was observed that the specimen B1 has the best strength; in five
repeated test times no crack was occurred. We also found that the voltage generated
at the speed bump is of 0.32 volts and the speed of DC motor (PMDC) of 50 rpm.
Keywords: Oil Palm Bunches (EFB), Impact Burden, Concrete foam, Polymeric
Foam, Speed bump, DAQ Impact Testing, LDS Test.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
✓ Data Pribadi
Nam a
:
HERRY DARMADI, ST.
Tempat & Tgl. lahir
:
Kuala Simpang, 18 Juli 1985
Alamat Domisili
:
JL Perhubungan Gg Karto Dusun Kenanga Lau Dendang
Percut Sei Tuan – Deli Serdang 20371
Phone & e-mail
:
Mobile +6285297777818 / 081319876392
herry.darmadi@gmail.com
✓ Pendidikan
1991 - 1996
:
SD Negeri No 1 Langsa
1996 – 1997
1997 - 2000
:
:
SD Negeri No 006 Batam
SMP Negeri 3 Batam
2000 - 2000
:
SMU Negeri 1 Batam
2000 - 2003
:
SMU Negeri 2 Pematang Siantar
2003 - 2010
:
Institute Sains Dan Teknologi Nasional
:
Analisis Degradasi Struktur dan Sifat Mekanis Material
Secondary Superheater Intermediate Tube Sebuah Boiler
Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU ).
:
Magister Teknik Mesin (S2) Universitas Sumatera Utara
(USU) Medan.
Tugas akhir
.
2014 - 2017
Bidang: Material Struktur.
Universitas Sumatera Utara
Tesis
:
Uji Coba Dan Analisa Struktur Speed Bump Bahan
Concrete Foam Diperkuat Batang Polymeric Foam Yang
Digunakan Untuk Pembangkit Daya Listrik
:
PDAM TIRTANADI Sunggal
✓ Kunjungan Industri
2013
✓ Simposium/Seminar
2016
: Pemakalah pada Seminar Ilmiah dalam rangka Dies Natalis
USU ke-64 (SI-ke-64 USU), Medan.
2016
: International Conference on Computing And Applied
Informatics (ICCAI)
Demikianlah Informasi tentang Daftar Riwayat Hidup saya.
Medan, Februari 2017
Hormat saya,
Herry Darmadi
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Dengan rahmat dan karunia Allah subhanahuwata’ala akhirnya penulis dapat
menyelesailkan hasil penelitian tesis ini yang merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi
oleh setiap mahasiswa agar mendapatkan gelar Magister Teknik di Program Studi Magister
Teknik Mesin FT-USU. Adapun Judul dari tesis penelitian ini adalah: “UJI COBA DAN
ANALISA STRUKTUR SPEED BUMP BAHAN CONCRETE FOAM DIPERKUAT
BATANG POLYMERIC FOAM YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMBANGKIT DAYA
LISTRIK”.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada riset penelitian unggul
peguruan tinggi karna membiayai dalam riset penelitian speed bump dan semua pihak yang telah
membantu penulis baik secara moril maupun materil, langsung dan tidak langsung sehingga
usulan penelitian tesis ini selesai, yaitu kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku
Ketua Komisi Pembimbing, seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Magister
Teknik Mesin FT-USU, yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan
administratif selama penulis mengikuti pendidikan.
Tak terlupakan jasa ayahanda Sudarso yang mendukung penuh langkah penulis
melanjutkan pendidikan lebih lanjut dan ibunda tercinta Nurhikmah Spd yang selalu
menanamkan rasa sabar dan rasa syukur kepada Illahi atas semua anugerah yang telah diperoleh.
Kepada merekalah penulis mempersembahkan semua ini. Serta semua pihak keluarga terutama
istri saya Riska Mayasari Spd dan juga anak saya Alif Athfal Darmadi yang telah memberikan
6
Universitas Sumatera Utara
7
banyak sekali dukungan baik materil, moril dan doa selama pendidikan ini berlangsung, sehingga
penulis tetap memiliki konsistensi dalam menyelesaikan studi dengan baik.
Ucapan terima kasih kepada PT. Dunia Kharisma Indonesia khususnya Ibu Indah Lestari
yang telah mengizinkan saya untuk kuliah sambil berkerja pada perusahaan yang ibu pimpin,
Kemudian ucapan terima kasih kepada rekan-rekan Team IFRC khususnya Maraghi Muttaqin,
ST.,MT., Alexander Sebayang, ST.,MT. serta rekan-rekan mahasiswa pasca sarjana Magister
Teknik Mesin FT-USU yang telah banyak membantu baik langsung maupun tak langsung dalam
penyelesaian laporan hasil penelitian tesis ini serta pihak-pihak terkait yang tidak dapat diuraikan
satu persatu.
Atas kerja samanya diucapkan terima kasih.
Medan,
Februari 2017
Penulis,
Herry Darmadi
Universitas Sumatera Utara
8
DAFTAR ISI
Halaman
i
ABSTRAK
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
V
DAFTAR TABEL
Viii
DAFTAR GAMBAR
Ix
DAFTAR LAMPIRAN
Xi
BAB 1 Pendahuluan
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Rumusan Masalah
6
1.3
Tujuan Penelitian
7
1.2.1. Tujuan Umum
7
1.2.2. Tujuan Khusus
7
1.4
Batasan Masalah
BAB 2 Tinjauan Pustaka
8
9
2.1
Speed Bump
2.2
Pengertian Bahan Komposit
10
2.2.1. Klasifikasi Material Komposisi
13
2.2.2. Teknik Pembuatan Material Komposit
14
2.3. Beton
2.3.1. Adukan Beton
2.4. Material Komposit Concrete Foam
9
15
18
19
2.4.1. Semen
19
2.4.2. Pasir
20
Universitas Sumatera Utara
9
2.5.
2.4.3. Air
21
2.4.4. Blowing Agent
21
2.4.5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
21
2.4.6. Material yang digunakan
23
Material Komposit Polymeric Foam
25
2.5.1. Polyester resin tak jenuh
25
2.5.2. Blowing Agent
27
2.5.3. Katalis MEKPO
28
2.6. Densitas
29
2.7. Karakteristik Mekanik Material
29
2.7.1. Pengujian dinamik
29
2.7.1.1. pengujian impak jatuh bebas
29
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
34
3.1. Tempat dan Waktu
34
3.1.1. Tempat
34
3.1.2. Waktu
34
3.2. Desain Speed Bump
34
3.2.1. Model Speed Bump penghasil listrik jalan tol
41
3.2.2. Model Speed Bump Untuk Di Jalan Raya
43
3.3. Peralatan dan Bahan
45
3.3.1. Peralatan
45
3.3.2. Bahan
51
3.4. Parameter Desain
58
3.5. Prosedur Pembuatan Polymeric Foam
58
3.6. Prosedur Pembuatan Speed Bump
60
3.7. Prosedur Pengujian Impak Jatuh Bebas
64
Universitas Sumatera Utara
10
3.7.1. Set-up Pengujian Impak
65
3.7.2. Prosedur Pengujian Impak
65
3.7.3. Prosedur Kalibrasi
66
3.8. Uji lindas Secara Langsung
69
3.9. Diagram Alir Penelitian
73
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
74
4.1. Pendahuluan
74
4.2. Pembuatan Speed Bump
74
4.3. Pembuatan Polymeric Foam
75
4.4. Pengujian Impak Jatuh Bebas
76
4.4.1. Pengujian impak jatuh bebas speed bump
concrete foam
77
4.4.2. Pengujian impak jatuh bebas Speed Bump single
bar polymeric foam 1 inci
79
4.4.3. Pengujian impak jatuh bebas speed bump single
polymeric foam 2 inci
81
4.4.4. Pengujian impak jatuh bebas dengan single
polymeric foam rongga 3 inci.
83
4.4.5. Pengujian impak jatuh bebas double polymeric
foam rongga 1 inci
85
4.4.6. Pengujian impak jatuh bebas dengan rongga 2
inch.
86
4.4.7. Pengujian impak jatuh bebas dengan 2 rongga 3
inci.
89
4.5. Kumpulan Dan Perbandingan Data Hasil Pengujian
impak jatuh bebas
91
4.6. Uji Lindas
95
4.6.1 Set Up pengujian lindas
95
4.6.2 Hasil Uji lindas langsung untuk Speed Bump
Concrete Foam
99
Universitas Sumatera Utara
11
4.6.2.1 Spesimen A uji lindas
99
4.6.2.2 Spesimen B uji lindas
100
4.6.2.3 Spesimen C uji lindas
102
4.6.3 Rangkuman hasil uji lindas
BAB 5
104
4.7. Perhitungan Gaya dan Tegangan Speed Bump pada saat
dilindas mobil
110
KESIMPULAN DAN SARAN
112
5.1. Kesimpulan
112
5.2. Saran
114
DAFTAR PUSTAKA
116
Universitas Sumatera Utara
12
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit.
22
Tabel 2.2
Berat jenis (ρ) Concrete Foam berdasarkan komposisi
23
Tabel 2.3
Hasil pengujian kuat statik tekan spesimen Concrete Foam
24
Tabel 2.4
Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.
26
Tabel 2.5
Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh
30
Tabel 3.1
Lokasi dan aktivitas penelitian
34
Tabel 3.2
Spesifikasi mesin penghalus serat
49
Tabel 3.3
Spesifikasi mesin pengaduk semen
51
Tabel 3.4
Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.
57
Tabel 3.5
Parameter desain
58
Tabel 3.6
Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram
61
Tabel 4.1
Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram
75
Tabel 4.2
Komposisi material polymeric foam
75
Tabel 4.3
Data uji impak speed bump concrete foam ketinggian 1 meter
78
Data uji impak Speed Bump single polymeric foam 1 inci
80
Tabel 4.4
ketinggian 1 meter
Data uji impak speed bump single polymeric foam 2 inci
84
Tabel 4.5
Ketinggian 1 meter
Data uji impak speed bump single polymeric foam 3 inci
85
Tabel 4.6
ketinggian 1 meter
Tabel 4.7
Data uji impak speed bump double polymeric foam 1 inci
87
Universitas Sumatera Utara
13
ketinggian 1 meter
Tabel 4.8
Data uji impak speed bump double polymeric foam 2 inci ketinggian 1
meter
89
Data uji impak speed bump double polymeric foam 3 inci
91
Tabel 4.9
ketinggian 1 meter
Tabel 4.10 Hasil pengujian jatuh bebas
93
Tabel 4.11 Rangkuman hasil pengujian impak jatuh bebas
94
Tabel 4.12 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan pertama
105
Tabel 4.13 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan Kedua
106
Tabel 4.14 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan Ketiga
107
Tabel 4.15 Rangkuman Hasil Uji lindas percobaan Keempat
108
Tabel 4.16 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan kelima
109
Universitas Sumatera Utara
14
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1.
Pintu tol jalan bebas hambatan (highway toll gate)
2
Gambar 1.2.
Sistem mekanik Speed Bump
6
Gambar 2.1.
Speed bump
9
Gambar 2.2.
Desain standar Speed Bump
10
Gambar 2.3.
Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit
12
Gambar 2.4.
Serat TKKS yang dihaluskan
23
Gambar 2.5.
Grafik hubungan v – t
30
Gambar 3.1.
Sketsa sistem mekanik kedua
35
Gambar 3.2.
Model 3D speed bump
38
Gambar 3.3.
Sistem mekanik Speed Bump
39
Gambar 3.4.
Ilustrasi speed bump saat dilindas ban.
40
Gambar 3.5.
Aturan Keputusan Mentri Perhubungan
41
Gambar 3.6.
Model Perencanaan Speed Bump di jalan Tol tipe 1
42
Gambar 3.7.
Model Perencanaan Speed Bump di jalan Tol tipe 2 model sketsa 2D
42
Gambar 3.8.
Model Perencanaan Speed Bump di jalan Tol Sketsa model 3D
43
Gambar 3.9.
Desain Speed Bump dengan single bar Polymeric Foam
44
Gambar 3.10.
Pandangan Depan Speed Bump dengan Double bar Polymeric Foam
45
Gambar 3.11.
Gunting
45
Gambar 3.12.
Ayakan
46
Gambar 3.13.
Ember plastic
46
Gambar 3.14.
Cetakan
47
Universitas Sumatera Utara
15
Gambar 3.15.
Timbangan
47
Gambar 3.16.
Sendok semen
48
Gambar 3.17.
Oli
49
Gambar 3.18.
Mesin penghalus serat
49
Gambar 3.19.
Sarung tangan karet
50
Gambar 3.20.
Mesin pengaduk
50
Gambar 3.21.
Semen
52
Gambar 3.22.
Pasir
Gambar 3.23.
Bahan pengembang
54
Gambar 3.24.
Serat TKKS
54
Gambar 3.25.
Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX
56
Gambar 3.26.
Blowing Agent
57
Gambar 3.27.
Katalis
57
Gambar 3.28.
Polymeric Foam
59
Gambar 3.29.
Penuangan pasir
61
Gambar 3.30.
Penuangan semen
61
Gambar 3.31.
Penuangan serat TKKS
62
Gambar 3.32.
Penuangan bahan pengembang
62
Gambar 3.33.
Penuangan mortar dalam cetakan
62
Speed Bump berbahan Concrete Foam diperkuat serat
63
53
Gambar 3.34.
TKKS
Gambar 3.35.
Alat Pengujian Impak Jatuh Bebas
64
Gambar 3.36.
Komponen alat uji impak jatuh bebas
65
Gambar 3.37.
DAQ for Helmet Impact testing Software.
67
Gambar 3.38.
Kabel Loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV
68
Gambar 3.39.
Calibration Program
68
Universitas Sumatera Utara
16
Gambar 3.40.
Sketsa 2D Pengujian lindas mobil
69
Gambar 3.41.
Ilustrasi ban mobil
70
Gambar 3.42.
Gambar ilustrasi sistem mekanik
72
Gambar 3.43.
Diagram alir penelitian
73
Gambar 4.1.
Posisi speed bump datar
76
Gambar 4.2.
Pengujian impak jatuh bebas concrete foam 1 m.
77
Gambar 4.3.
Grafik Concrete Foam 1 meter
78
Pengujian impak jatuh bebas single polymeric foam
79
Gambar 4.4.
rongga 1 inci.
Gambar 4.5.
Keretakan pada speed bump single polymeric foam 1 inci
79
Gambar 4.6.
Grafik Single Polymeric Foam 1 meter 1 inci
80
Pengujian impak jatuh bebas single polymeric foam
81
Gambar 4.7.
rongga 2 inci.
Gambar 4.8.
Keretakan pada speed bump single polymeric foam 2 inci
82
Gambar 4.9.
Single Polymeric Foam 1 meter 2 inci
82
Gambar 4.10.
Pengujian impak jatuh bebas dengan rongga 3 inci.
83
Gambar 4.11.
Keretakan pada speed bump single polymeric foam 3 inci
84
Gambar 4.12.
Grafik Single Polymeric Foam 1 meter 3 inci
84
Gambar 4.13.
Pengujian impak jatuh dengan 2 rongga 1 inci 1 m.
85
Hasil uji impak speed bump double polymeric foam
86
Gambar 4.14.
rongga 1 inci ketinggian 1 m
Gambar 4.15.
Grafik Double Polymeric Foam 1 meter 1 inci
Gambar 4.16.
Pengujian impak jatuh dengan 2 rongga 2 inci 1 m.
87
Hasil uji impak speed bump double polymeric foam
88
86
Gambar 4.17.
rongga 2 inci ketinggian 1 m
Gambar 4.18.
Grafik Double Polymeric Foam 1 meter 2 inci
88
Universitas Sumatera Utara
17
Gambar 4.19.
Pengujian impak jatuh dengan 2 rongga 3 inci 1 m
89
Hasil uji impak speed bump double polymeric foam
90
Gambar 4.20
rongga 3 inci ketinggian 1 m
Gambar 4.21
Grafik Double Polymeric Foam 1 meter 3 inci
90
Gambar 4.22
Rangkuman Gaya pada speed bump
91
Gambar 4.23
Rangkuman tegangan pada speed bump
92
Gambar 4.24
Set up sistim mekanik
95
Gambar 4.25
Set up pengujian lindas
96
Gambar 4.26
Spesimen A1 Speed Bump
199
Gambar 4.27
Spesimen A2 Speed Bump
100
Gambar 4.28
Spesimen B1 Speed Bump
101
Gambar 4.29
Spesimen B2 Speed Bump
102
Gambar 4.30
Spesimen C1 Speed Bump
103
Gambar 4.31
Spesimen C2 Speed Bump
104
Universitas Sumatera Utara