BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Studi Eksperimental Dan Simulasi Ansys 12 Pembuatan Aspal Polimer Dengan Perbandingan Campuran Polistirena Pada Aspal 0:50, 5:45, 15:35, 25:25 Dengan Agregat 300 Gr Pasir”

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Polimer

Polimer sebenarnya sudah ada dan digunakan manusia sejak berabad-abad yang lalu. Polimer - polimer yang sudah digunakan itu adalah jenis polimer alam seperti selulosa, pati, protein, wol, dan karet. Istilah polimer pertama kali digunakan oleh kimiawan dari Swedia, Berzelius pada tahun 1833.

Polimer adalah suatu rantai berulang atom yang panjang, terbentuk dari pengikat yang beruba molekul identik yang disebut monomer. Sekalipun biasanya merupakan organik (memiliki rantai karbon),ada juga banyak polimer inorganik. Contoh terkenal dari polimer adalah plastik DNA. Meskipun istilah polimer lebih populer menunjuk kepada plastik, tetapi polimer sebenernya terdiri dari banyak kelas material alami dan sintetik dengan sifat dan kegunaan yang beragam. Bahan polimer alami seperti shellac dan amber telah digunakan selama beberapa abad.

Kertas diproduksi dari selulosa , sebuah polisakarida yang terjadi secara alami yang ditemukan dalam tumbuhan. Biopolimer seperti protein dan asam nukleat memiliki peranan penting dalam proses kehidupan. )

Istilah plastik dan polimer sering kali dipakai secara bergantian. Faktanya, plastik adalah suatu material hasil rekayasa yang tidak sederhana dalam struktur molekulnya melainkan memiliki komposisi yang rumit, yang dengan sengaja diatur untuk memenuhi aplikasi – aplikasi spesifik yang diinginkan.

Plastik merupakan polimer yang ditambahkan dengan aditif, dimana aditif merupakan material yang dapat meningkatkan kemampuan (properties) polimer.

Aditif adalah material yang ditambahkan untuk meningkatkan kemampuan (properties) dari polimer.( Crompton, 1979)

Secara umum polimer memiliki sifat-sifat umum yang khas, diantaranya adalah : Mampu cetak yang baik. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak - dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya akibatnya biaya pembuatan relatif lebih rendah dibanding pada logam atau keramik. Produk yang kuat dan ringan dapat dibuat. Berat jenis polimer adalah - rendah dianding logam dan keramik, yaitu 1,0 – 1,7 yang memungkinkan dapat diproduksi barang yang kuat dan ringan.

Banyak diantara polimer bersifat isolator yang baik. Polimer mungkin saja dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam, butiran karbon, serbuk alam dan lain-lain. Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia. Pemilihan bahan - yang baik akan menghasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik sekali. Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung - pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat plastis, pengisi dan sebagainya. Sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang luas. Kekerasan permukaan sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada tetapi - masih jauh dibawah kekerasan logam dan keramik.

Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu - kecuali pada bahan tertentu seperti politetrafluoretilen. Kalau tidak larut, mudah retak karena kontak terus-menerus dengan zat pelarut dan disertai adanya tegangan. Oleh karena itu perlu perhatian khusus.

Beberapa bahan tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil - (Surdya, T dan Saito, S, 1995)

2.1.1 Jenis -Jenis Polimer

Berdasarkan sumbernya polimer dapat dibagi dalam dua bagian yaitu:

1. Polimer alami : kayu, kulit binatang, kapas, karet alam ,rambut

2. Polimer sintetis : a.

Tidak terdapat secara alami : nylon,poliester polypropylene,polistirena b.

Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis c. Polimer alami yang dimodifikasi : seluloid ,cellophane (bahan dasar dari selulosaa tetapi telah mengalami modifikasi secara radikal sehingga kehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya ) )

Berdasarkan jumlah rantai karbonnya polimer dapat dibagi dalam enam jenis atau bagian yaitu : a. 1-4 Gas (LPG,LNG)

b. 5-11 Cair (bensin)

c. 9-16 Cairan dengan viskositas rendah

d. 16-25 Cairan dengan viskositas tinggi (oli,gemuk) e. 25-30 Padat (parafin,lilin)

f. 1000-3000 Plastik (polistirena,polietilen,dll)

Polimer didefinisikan sebagai substansi yang terdiri dari molekul-molekul yang menyertakan rangkaian satu atau lebih dari satu unit monomer. Manusia sudah berabad-abad menggunakan polimer dalam bentuk minyak, aspal, damar, dan permen karet. Tapi industri polimer modern baru mulai berkembang pada masa revolusi industri. Di akhir 1830-an, Charles Goodyear berhasil memproduksi sebentuk karet alami yang berguna melalui proses yang dikenal sebagai “vulkanisasi”. 40 tahun kemudian, Celluloid (sebentuk plastik keras dari nitrocellulose) berhasil dikomersialisasikan. Adalah diperkenalkannya vinyl, neoprene, polystyrene, dan nilon di tahun 1930-an yang memulai ‘ledakan’ dalam penelitian polimer yang masih berlangsung sampai sekarang.

Polimer seperti kapas, wol, karet, dan semua plastik digunakan di hampir semua industri. Polimer alami dan sintetik bisa diproduksi dengan beragam kekakuan, kekuatan, ketebalan, dan ketahanan terhadap panas. Elastomer (polimer bersifat elastis) memiliki struktur yang saling bersilangan dan longgar. Struktur rantai bertipe inilah yang menyebabkan elastomer memiliki ingatan. Rata-rata 1 dari 100 molekul saling bersilangan. Saat jumlah rata-rata ikatan saling bersilangan itu meningkat (sekitar 1 dalam 30), material menjadi lebih kaku dan rapuh. Baik karet alami dan sintetis adalah contoh dari elastomer. Di bawah kondisi temperatur dan tekanan tertentu, plastik yang juga termasuk polimer dapat dibentuk atau dicetak. Berbeda dengan elastomer, plastik lebih kaku dan tidak memiliki elastisitas yang dapat dibalik. Selulosa mreupakan salah satu contoh material berpolimer yang harus dimodifikasi secara bertahap sebelum diproses dengan metode yang biasanya digunakan untuk plastik. Beberapa plastik (seperti nilon dan selulosa asetat) dibentuk menjadi fiber.

Padatan amorf terbentuk saat rantai memiliki orientasi yang kecil di sepanjang polimer yang besar. Temperatur transisi kaca merupakan titik dimana polimer mengeras menjadi padatan amorf. Istilah ini digunakan sebab padatan amorf punya sifat-sifat yang mirip dengan kaca. Dalam proses kristalisasi, ditemukan bahwa rantai-rantai yang relatif pendek mengorganisir diri mereka sendiri menjadi struktur kristalin lebih cepat daripada molekul yang lebih panjang.

Dengan begitu, derajat polimerisasi (DP) merupakan sebuah faktor yang penting dalam menentukan kekristalinan sebuah polimer. Polimer dengan DP yang tinggi sulit diatur menjadi lapisan-lapisan sebab cenderung menjadi kusut.

2.1.2. Karakteristik Plastik

Pada dasarnya plastik secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga) macam dilihat dari temperaturnya, yakni :

1. Bahan Thermoplastik (Thermoplastic) yaitu akan melunak bila dipanaskan dan setelah didinginkan akan dapat mengeras. Contoh bahan thermoplastik adalah : PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT, Polyacetal (POM), PC dll.

2. Bahan Thermoseting (Thermosetting) yaitu plastik dalam bentuk cair dan dapat dicetak sesuai yang diinginkan serta akan mengeras jika dipanaskan dan tetap tidak dapat dibuat menjadi plastik lagi. Contoh bahan thermosetting adalah : PU (Poly Urethene), UF (Urea Formaldehyde), MF (Melamine Formaldehyde), polyester, epoksi dll 3.

Bahan Elastis (Elastomer) yaitu bahan yang sangat elastis. Contoh bahan elastis adalah : karet sintetis

Gambar 2.1 Klasifikasi polimer

(Saptono, Rahmat, 2007)

1. Polypropylene Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termoplastik yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi, diantaranya pengemasan, tekstil (contohnya tali, pakaian dalam termal, dan karpet), alat tulis, berbagai tipe wadah terpakaikan ulang serta bagian plastik, perlengkapan labolatorium, pengeras suara, komponen otomotif, dan uang kertas polimer. Polimer adisi yang terbuat dari propilena monomer, permukaannya tidak rata serta memiliki sifat resistan yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut kimia, basa dan asam. Polipropena biasanya didaur-ulang, dan simbol daur ulangnya adalah nomor "5".

Kebanyakan polipropilena komersial merupakan isotaktik dan memiliki kristalinitas tingkat menengah di antara polietilena berdensitas rendah dengan polietilena berdensitas tinggi; modulus Youngnya juga menengah. Melalui penggabungan partikel karet, PP bisa dibuat menjadi liat serta fleksibel, bahkan di suhu yang rendah. Hal ini membolehkan polipropilena digunakan sebagai pengganti berbagai plastik teknik, seperti ABS. Polipropilena memiliki permukaan yang tak rata, seringkali lebih kaku daripada beberapa plastik yang lain, lumayan ekonomis, dan bisa dibuat translusen (bening) saat tak berwarna tapi tidak setransparan polistirena, akrilik maupun plastik tertentu lainnya. Bisa juga dibuat buram dan/atau berwarna-warni melalui penggunaan pigmen, Polipropilena memiliki resistensi yang sangat bagus terhadap kelelahan (bahan).

Kebanyakan barang dari plastik untuk keperluan medis atau labolatorium bisa dibuat dari polipropilena karena mampu menahan panas di dalam autoklaf.

Sifat tahan panas ini menyebabkannya digunakan sebagai bahan untuk membuat ketel (ceret) tingkat – konsumen. Wadah penyimpan makan yang terbuat dari PP takkan meleleh di dalam mesin cuci piring dan selama proses pengisian panas industri berlangsung. Untuk itulah, sebagian besar tong plastik untuk produk susu perahan terbuat dari propilena yang ditutupi dengan foil aluminium (keduanya merupakan bahan tahan-panas).

2. Polistirena Polistirena adalah molekul yang memiliki berat molekul ringan, terbentuk dari monomer stirena yang berbau harum. Polistirena merupakan polimer hidrokarbon parafin yang terbentuk dengan cara reaksi polimerisasi. Salah satu jenis polistirena yang cukup popular dikalangan masyarakat produsen maupun konsumen adalah polistirena foam. Polistirena foam dikenal luas dengan istilah Styrofoam yang seringkali digunakan secara tidak tepat oleh publik karena sebenarnya Styrofoam merupakan nama dagang yang telah dipatenkan oleh perusahaan Dow Chemical. Oleh pembuatanya Styrofoam dimaksudkan untuk digunakan sebagai insulator pada bahan konstuksi bangunan. Polistirena foam dihasilkan dari campuran 90-95% polistirena dan 5-10% gas seperti n-butana atau n-pentana. Polistirena foam dibuat dari monomer stirena melalui polimerisasi suspense pada tekanan dan suhu tertentu, selanjutnya dilakukan pemanasan untuk melunakkan resin dan menguapkan sisa blowing agent. Polistirena foam merupakan bahan plastik yang memiliki sifat khusus dengan struktur yang tersusun dari butiran dengan kerapatan rendah, mempunyai bobot ringan, dan terdapat ruang antar butiran yang berisi udara yang tidak dapat menghantar panas sehingga hal ini membuatnya menjadi insulator panas yang sangat baik.

Polistirena foam begitu banyak dimanfaatkan dalam kehidupan, tetapi tidak dapat dengan mudah direcycle sehingga pengolahan limbahnya harus dilakukan secara benar agar tidak merugikan lingkungan. (Damayanthi, 2004)

3. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) Termasuk kelompok engineering thermoplastic yang berisi 3 monomer pembentuk. Akrilonitril bersifat tahan terhadap bahan kimia dan stabil terhadap panas. Butadiene memberi perbaikan terhadap sifat ketahanan pukul dan sifat liat (toughness). Sedangkan stirena menjamin kekakuan (rigidity) dan mudah diproses. Beberapa grade ABS ada juga yang karakteristik yang berfariasi, dari kilap tinggi sampai rendah dan dari yang mempunyai impact resistance tinggi sampai rendah. Berbagai sifat lebih lanjut juga dapat diperoleh dengan penambahan aditif sehingga diperoleh grade ABS yang bersifat menghambat nyala api, transparan, tahan panas tinggi, tahan terhadap sinar UV, dll. ( Mujiarto,2005 )

4. Polyvinyl chloride Polyvinyl chloride (polivinil klorida) merupakan hasil polimerisasi monomer vinil klorida dengan bantuan katalis. Pemilihan katalis tergantung pada jenis proses polimerisasi yang digunakan. ( Mujiarto,2005 )

5. Polyacetal Polyacetal (poliasetal) merupakan salah satu engineering plastic yang penting yang banyak digunakan di bidang teletronik, bangunan dan sector alat-alat tehnik. Ada 2 tipe poliasetal yaitu homopolimer dan kopolimer. Asetal homopolimer merupakan polimer kristalin yang dibuat dari formaldehida. Resin ini secara teknis disebut polioksi metilena (POM). Asetal homopolimer dapat dicampur dengan aditif seperti : antioksidan, lubrikan, filler, pewarna, UV stabilizer, dll. Resin ini aslinya berwarna putih buram. Sifat-sifat umum resin asetat adalah: a.

Strength

Tanpa adanya modifikasi, resin ini mempunyai kekuatan tarik, kekuatan kompresi dan ketahanan gesek yang tinggi. Resin ini halus dan deformasinya rendah jika diberi beban. Resin ini mempunyai batas lelah bengkuka n (flexural fatique) yang tinggi sehingga baik digunakan sebagai bahan baku pegas.

Toughness

Resin ini umumnya liat, tahan pukul meskipun pada suhu rendah, kemulurannya pada suhu kamar mencapai 12% dan pada suhu yang lebih tinggi mencapai 18%.

Thermal

Titik leleh homopolimer asetal lebih rendah daripada engineering thermoplastic lainnya.

Electrical Sifat elektrikalnya dipengaruhi oleh kandungan uap air. Konstanta dielektrikalnya

10 - bervariasi dari frekwensi 10 Hz, dan dielectric strength-nya tinggi.

Chemical

Tahan terhadap bermacam-macam pelarut, eter, minyak pelumas, minyak, bensin, bahan baker dari methanol, dll.

Friksi/umur pakai Sifat pakai dan friksi baik karena permukaannya lebih keras dan koefisien gesekannya rendah.

Flameability

Resin asetal homopolimer ini merupakan material yang terbakar pelan-pelan dan berasap sedikit.

Stabiliants dimensi Karena asetal menyerap sangat sedikit uap air, maka perubahan dimensinya pun sangat kecil. ( Mujiarto,2005 )

6. Polycarbonate Polycarbonate (polikarbonat) merupakan engineering plastic yang dibuat dari reaksi kondensasi bisphenol A dengan fosgen (phosgene) dalam media alkali.

Polikarbonat mempunyai sifat-sifat : jernih seperti air, impact strength -nya sangat bagus, ketahanan terhadap pengaruh cuaca bagus, suhu penggunaannya tinggi, mudah diproses, flameabilitasnya rendah. ( Mujiarto,2005 )

7. Nylon Nylon merupakan istilah yang digunakan terhadap poliamida yang mempunyai sifat-sifat dapat dibentuk serat, film dan plastik. Struktur nylon ditunjukkan oleh gugus amida yang berkaitan dengan unit hidrokarbon ulangan yang panjangnya berbeda-beda dalam suatu polimer.

Sifat-sifat nylon : a.

Secara umum nylon bersifat keras, berwarna cream, sedikit tembus cahaya.

Berat molekul nylon bervariasi dari 11.000-34.000 c.

Nylon merupakan polimer semi kristalin dengan titik leleh 350-570 °F. Titik leleh erat kaitannya dengan jumlah atom karbon. Jumlah atom karbon makin besar, kosentrasi amida makin kecil, titik lelehnyapun menurun.

Sedikit higroskopis : oleh karena itu perlu dikeringkan sebelum dipakai, karena sifat mekanis maupun elektriknya dipengaruhi juga oleh kelembaban relative dari admosfir.

Tahan terhadap solvent organic seperti alkohol, eter, aseton, petroleum eter, benzene, CCl4 maupun xylene.

Dapat bereaksi dengan phenol, formaldehida, alcohol, benzene panas dan nitrobenzene panas.

Nylon relatif tidak dipengaruhi oleh waktu simpan yang lama pada suhu kamar. Tetapi pada suhu yang lebih tinggi akan teroksidasi menjadi berwarna kuning dan rapuh. Demikian juga sinar matahari yang kuat akan kurang baik terhadap sifat mekanikalnya.

Penambahan aditif dalam nylon dimaksud untuk memperbaiki sifat-sifat nylon. ( Mujiarto,2005 )

8. Polyethylene Terephtalate Polyethylene terephtalate yang sering disebut PET dibuat dari glikol (EG) dan terephtalic acid (TPA) atau dimetyl ester atau asam terepthalat (DMT).Sifat- sifat PET : PET merupakan keluarga polyester seperti halnya PC. Polymer PET dapat diberi penguat fiber glass, atau filler mineral. PET film bersifat jernih, kuat, liat, dimensinya stabil, tahan nyala api, tidak beracun, permeabilitas terhadap gas, aroma maupun air rendah. PET engineer resin mempunyai kombinasi sifat-sifat: kekuatan (strength)-nya tinggi, kaku (stiffness), dimensinya stabil, tahan bahan kimia dan panas, serta mempunyaisifat elektrikal yang baik. PET memiliki daya serap uap air yang rendah, demikian juga daya serap terhadap air.(Mujiarto,2005 )

2.2. Bahan Baku

2.2.1. Aspal

Aspal didefinisikan sebagai material perekat (cementitious), berwarna hitam atau coklat tua dengan unsur utama bitumen. Aspal dapat diperoleh di alam ataupun juga merupakan hasil residu dari pengilangan minyak bumi. Aspal merupakan material yang umum digunakan untuk bahan pengikat agregat, oleh karena itu seringkali bitumen disebut pula sebagai aspal.

Aspal adalah material yang pada temperatur ruang berbentuk padat dan bersifat termoplastis. Jadi, aspal akan mencair jika dipanaskan sampai dengan temperatur tertentu, dan kembali membeku jika temperatur turun. Bersama dengan agregat, aspal merupakan material pembentuk campuran perkerasan jalan (Sukirman, 2003).

Aspal terdiri dari beberapa bentuk yaitu padat, cair dan emulsi. Berwarna hitam atau coklat, yang mempunyai daya lekat (adhesif), mengandung bagian- bagian utama yaitu hidokarbon yang dihasilkan dari minyak bumi atau kejadian alami (aspal alam) dan terlarut dalam karbondisulfida.

Aspal dihasilkan dari minyak mentah yang dipilih melalui proses destilasi minyak bumi. Proses penyulingan ini dilakukan dengan pemanasan hingga suhu 350

°C dibawah tekanan atmosfir untuk memisahkan fraksi-fraksi ringan, seperti gasoline (bensin), kerosene (minyak tanah), dan gas oil (Wignall, 2003).

Aspal adalah material yang termoplastik, berati akan menjadi keras atau lebih kental jika temperatur berkurang dan akan lunak atau lebih cair jika temperatur bertambah. Sifat ini dinamakan kepekaan terhadap perubahan temperatur. Kepekaan terhadap temperatur dari setiap jenis aspal berbeda-beda, yang dipengaruhi oleh komposisi kimiawi aspalnya, walaupun mungkin mempunyai nilai penetrasi atau viskositas yang sama pada temperatur tertentu.

Pemeriksaan sifat kepekaan aspal terhadap perubahan temperatur perlu dilakukan sehingga diperoleh informasi rentang temperatur yang baik untuk pelaksanaan pekerjaan.

2.2.1.1. Jenis-Jenis Aspal

Secara umum, jenis aspal dapat diklasifikasikan berdasarkan asal dan proses pembentukannya adalah sebagai berikut : a)

Aspal Alamiah Aspal alamiah ini berasal dari berbagai sumber, seperti pulau Trinidad dan Bermuda. Aspal dari Trinidad mengandung kira-kira 40% organik dan zat-zat anorganik yang tidak dapat larut, sedangkan yang berasal dari Bermuda mengandung kira-kira 6% zat-zat yang tidak dapat larut. Dengan pengembangan aspal minyak bumi, aspal alamiah relatif menjadi tidak penting.

b) Aspal Batuan

Aspal batuan adalah endapan alamiah batu kapur atau batu pasir yang diperpadat dengan bahan-bahan berbitumen. Aspal ini terjadi di berbagai bagian di Amerika Serikat. Aspal ini umumnya membuat permukaan jalan yang sangat tahan lama dan stabil, tetapi kebutuhan transportasi yang tinggi membuat aspal terbatas pada daerah-daerah tertentu saja.

c) Aspal Minyak Bumi

Aspal minyak bumi perrtama kali digunakan di Amerika Serikat untuk perlakuan jalan pada tahun 1894. Bahan-bahan pengeras jalan aspal sekarang berasal dari minyak mentah domestik bermula dari ladang-ladang di Kentucky, Ohio, Michigan, Illinois, Mid-Continent, Gulf-Coastal, Rocky Mountain, California, dan Alaska. Sumber-sumber asing termasuk Meksiko, Venezuela, Colombia, dan Timur Tengah. Sebesar 32 juta ton telah digunakan pada tahun 1980 (Oglesby, 1996).

Aspal pabrik, merupakan aspal yang terbentuk oleh proses yang terjadi dalam pabrik, sebagai hasil samping dari proses penyulingan minyak bumi. Aspal pabrik ini, mempunyai kualitas standard. Aspal pabrik terbagi kedalam tiga jenis, yaitu : a.

Aspal emulsi, yaitu campuran aspal (55%-65%), air (35%-45%) dan bahan emulsi 1% sampai 2%. Di pasaran ada dua macam aspal emulsi, yaitu jenis aspal emulsi anionik (15%) dan jenis aspal emulsi kationik (di pasaran lebih banyak, yaitu sebesar 85%).

Aspal cair, disebut juga aspal cut-back, yang dibagi-bagi menurut proses fraksinya. Misalnya Slow Curing (SC), Medium Curing (MC) dan Rapid

Curing (RC). c.

Aspal beton, disebut juga Asphalt Concrete (AC) yang dibagi-bagi menurut angka penetrasinya. Misal : AC 40/60, AC 80/100, dan seterusnya. Umumnya aspal beton yang digunakan dalam proyek-proyek konstruksi jalan terbagi atas beberapa jenis yaitu jenis aspal beton campuran panas atau dikenal dengan Hot Mix Asphalt Concrete (HMAC) merupakan aspal yang paling umum digunakan dalam jalan raya, sedangkan jenis lainya seperti aspal beton campuran hangat, aspal beton campuran dingin, dan aspal mastis (Asiyanto, 2008).

Aspal yang digunakan untuk perkerasan jalan yang dicampurkan dengan agregat dengan atau tanpa bahan tambahan disebut dengan aspal beton. Dan yang paling umum digunakan yaitu aspal beton campuran panas yang dikenal dengan Hot Mix sedangkan jenis lainnya seperti aspal beton campuran hangat, aspal beton campuran dingin, dan aspal mastis (Asiyanto, 2008).

Aspal padat iran merupakan salah satu jenis aspal minyak bumi yang diimpor dari Iran-Teheran. Aspal jenis ini sangat sesuai dan direkomendasikan untuk negara beriklim tropis seperti Indonesia, karena di desain untuk bisa elastis menyesuaikan suhu yang naik dan turun, contohnya aspal yang dipergunakan sebagai bahan utama dalam penelitian ini yaitu aspal dengan angka penetrasi 60/70. Untuk data jenis pengujian dan data persyaratan aspal tersebut tercantum pada Tabel 2.1

Tabel 2.1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Penetrasi 60/70

(Sumber:Anonim, 2010) Sifat Ukuran Spesifikasi Standart

Pengujian K/m³ 1010 - 1060 ASTM-D71/3289

Densitas pada T 25 °C

0,1 mm 60/70 ASTM-D5

Penetrasi pada T 25 °C Titik leleh 49/56 ASTM-D36

°C Cm Min.100 ASTM-D113

Daktilitas pada T 25 °C Kerugian Pemanasan %wt Max.0,2 ASTM-D6

Penurunan pada penetrasi % Max.20 ASTM-D6&D5

setelah pemanasan

°C Min.250 ASTM-D92

Titik nyala Kelarutan dalam CS %wt Min.99,5 ASTM-D4

Spot Test Negatif AASHO T102

2.2.1.2. Aspal Polimer

Aspal polimer adalah suatu material yang dihasilkan dari modifikasi antara polimer alam atau polimer sintetis dengan aspal. Modifikasi aspal polimer (atau biasa disingkat dengan PMA) telah dikembangkan selama beberapa dekade terakhir. Umumnya dengan sedikit penambahan bahan polimer (biasanya sekitar 2-6%) sudah dapat meningkatkan hasil ketahanan yang lebih baik terhadap deformasi, mengatasi keretakan-keretakan dan meningkatkan ketahanan usang dari kerusakan akibat umur sehingga dihasilkan pembangunan jalan lebih tahan lama serta juga dapat mengurangi biaya perawatan atau perbaikan jalan (Polacco, 2005).

Penggunaan campuran polimer aspal merupakan trend yang semakin meningkat tidak hanya karena faktor ekonomi, tetapi juga demi mendapatkan kualitas aspal yang lebih baik dan tahan lama. Modifikasi polimer aspal yang diperoleh dari interaksi antara komponen aspal dengan bahan aditif polimer dapat meningkatkan sifat-sifat dari aspal tersebut. Dalam hal ini terlihat bahwa keterpaduan aditif polimer yang sesuai dengan campuran aspal. Penggunaan polimer sebagai bahan untuk memodifikasi aspal terus berkembang di dalam dekade terakhir (Pei-Hung, 2000).

Untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan permukaan aspal, peneliti telah memusatkan perhatian pada aditif yang diperoleh dengan memanfaatkan bahan polimer seperti polistirena. Untuk bahan-bahan polimer yang efektif digunakan jalan raya, haruslah yang dapat meningkatkan resistensi terhadap keretakan letih, mengurangi cakupan deformasi permanen dan mengurangi pengerasan pada suhu tinggi (King, 1986).

2.2.2. Agregat

Yang dimaksud agregat dalam hal ini adalah berupa batu pecah, krikil, pasir ataupun komposisi lainnya, baik hasil alam (natural aggregate), hasil pengolahan (manufactured aggregate) maupun agregat buatan (syntetic aggregate) yang digunakan sebagai bahan utama penyusun perkerasan jalan.

Menurut Pedoman No. 023/T/BM/1999, SK No. 76/KPTs/Db/1999. Pedoman Teknik Perencanan Campuran beraspal Panas dengan Pendekatan Kepadatan Mutlak Dep. Kimpraswil Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Prasarana Jalan, agregat dibedakan dalam beberapa kelompok yaitu : a.

Agregat kasar, yaitu batuan yang tertahan saringan No. 8 (2,36 mm) terdiri atas batu pecah atau kerikil pecah. Agregat kasar dalam campuran beraspal panas untuk mengembangkan volume mortar dengan demikian membuat campuran lebih ekonomis dan meningkatkan ketahanan terhadap kelelehan.

Agregat halus, yaitu batuan yang lolos saringan No. 8 (2,36 mm) dan tertahan saringan No. 200 (0.075 mm) terdiri dari hasil pemecahan batu atau pasir alam. Fungsi utama dari agregat halus adalah untuk mendukung stabilitas dan mengurangi deformasi permanen dari campuran melalui ikatan dan gesekan antar partikel, berkenaan dengan itu agregat halus harus memiliki kekerasan yang cukup dan mempunyai sudut, mempunyai bidang pecah permukaan, bersih dan bukan bahan organik.

Agregat pengisi (filler), terdiri atas bahan yang lolos saringan No. 200 (0,075 mm) tidak kurang dari 75% terhadap beratnya.(SK. SNI M-02- 1994-03). Fungsi dari Filler adalah untuk meningkatan viskositas aspal dan untuk mengurangi kepekaan terhadap temperatur. Hasil penelitian umumnya menunjukan bahwa meningkatnya jumlah bahan pengisi (filler) cenderung akan meningkatkan stabilitas dan mengurangi rongga dalam campuran (Rianung, 2007).

2.2.2.1. Penggunaan Pasir Sebagai Bahan Agregat

Pasir adalah bahan batuan halus yang terdiri dari butiran sebesar 0,14 - 5 mm didapat dari hasil disintegrasi batu alam (natural sand) atau dapat juga pemecahanya (artifical sand), dari kondisi pembentukan tempat terjadinya pasir alam dapat dibedakan atas : pasir galian, pasir sungai, pasir laut yaitu bukit-bukit pasir yang dibawa ke pantai (Setyono, 2003).

Pasir merupakan agregat halus yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran aspal beton. Agregat ini menempati kurang lebih 70% dari volume aspal, sehingga akan sangat berpengaruh terhadap kekuatannya. Persyaratan pasir menurut PUBI 1982 agar dapat digunakan sebagai bahan konstruksi adalah sebagai berikut :

endapan pasir yang kelihatan dibandingakan tinggi seluruhnya endapan tidak kurang dari 70%.

Pasir harus bersih. Bila diuji dengan memakai larutan pencuci khusus, tinggi

dari 5% berat.

Kandungan bagian yang lewat ayakan 0,063 mm (lumpur) tidak lebih besar

rangkaian ayakan dengan mata ayakan berukuran berturut-turut 0,16 mm, 0,315 mm, 0,63 mm, 1,25 mm, 2,5 mm, dan 10 mm dengan fraksi yang lewat ayakan 0,3 mm minimal 15% berat.

Angka modulus halus butir terletak antara 2,2 sampai 3,2 bila diuji memakai

aspal. Untuk itu bila direndam dalam larutan 3% NaOH, cairan di atas endapan tidak boleh lebih gelap dari warna larutan pembanding.

Pasir tidak boleh mengandung zat-zat organik yang dapat mengurangi mutu

berat.

Kekekalan terhadap larutan MgSO4, fraksi yang hancur tidak lebih dari 10%

harus negatif (Setyawan, 2006)

Untuk beton dengan tingkat keawetan yang tinggi, reaksi pasir terhadap alkali

Senyawa kimia silikon dioksida, juga yang dikenal dengan silika (dari bahasa latin silex), adalah oksida dari silikon dengan rumus kimia SiO2 dan telah dikenal sejak dahulu kekerasannya. Silika ini paling sering ditemukan di alam sebagai pasir atau kuarsa, serta di dinding sel diatom.

2.2.3. Polistirena

Polistirena adalah sebuah polimer dengan monomer stirena, sebuah

hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu ruangan, polistirena biasanya bersifat termoplastik padat, dapat mencair pada suhu yang lebih tinggi. Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai 17 macam produk dengan detil yang bagus. Penambahan karet pada saat polimerisasi dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis ini dikenal dengan nama High Impact Polystyrene (HIPS). Polistirena murni yang transparan bisa dibuat menjadi beraneka warna melalui proses compounding.

Karakteristik polistirena, yaitu : (Mujiarto, 2005) 1.

Sifat mekanis Sifat-sifat mekanis yang menonjol dari bahan ini adalah kaku, keras, mempunyai bunyi seperti metallic bila dijatuhkan.

2. Ketahanan terhadap bahan kimia Ketahanan PS terhadap bahan-bahan kimia umumnya tidak sebaik ketahanan yang dipunyai oleh PP atau PE. PS larut dalam eter, hidrokarbon aromatic dan chlorinated hydrocarbon. PS juga mempunyai daya serap air yang rendah, dibawah 0,25 %.

3. Abrasion resistance PS mempunyai kekuatan permukaan relatif lebih keras dibandingkan dengan jenis termoplastik yang lain. Meskipun demikian, bahan ini mudah tergores.

4. Transparansi Sifat optis dari PS adalah mempunyai derajat transparansi yang tinggi, dapat melalui semua panjang gelombang cahaya (A 90%). Disamping itu dapat memberikan kilauan yang baik yang tidak dipunyai oleh jenis plastik lain, dimana bahan ini mempunyai indeks refraksi 1,592.

5. Sifat elektrikal Karena mempunyai sifat daya serap air yang rendah maka PS digunakan untuk keperluan alat – alat listrik. PS foil digunakan untuk spacers, slot liners dan

covering dari kapasitor, koil dan keperluan radar.

6. Ketahanan panas PS mempunyai softening point rendah (90

°C) sehingga PS tidak digunakan untuk pemakaian pada suhu tinggi, atau misalnya pada makanan yang panas. Suhu maksimum yang boleh dikenakan dalam pemakaian adalah 75

°C. Disamping itu, PS mempunyai sifat konduktifitas panas yang rendah.

2.2.4. Dikumil Peroksida

Beberapa jenis monomer, khususnya stirena dan metal metakrilat dan beberapa sikloalkana cincin teregang, mengalami polimerisasi oleh pemanasan tanpa hadirnya suatu inisiator radikal bebas tambahan. Akan tetapi sebagian monomer memerlukan beberapa jenis inisiator.

Inisiator radikal bebas dikelompokkan menjadi empat tipe utama, yaitu : peroksida dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator redoks dan beberapa senyawa membentuk radikal bebas dibawah pengaruh cahaya (fotoinisiator). Radiasi berenergi tinggi bisa juga menimbulkan polimerisasi radikal bebas, meskipun radiasi seperti ini jarang digunakan.(Stevens, 2001).

Diantara berbagai tipe inisiator, peroksida (ROOR) dan hidroperoksida (ROOH) merupakan jenis yang paling banyak digunakan. Mereka tidak stabil dengan panas dan terurai menjadi radikal-radikal pada suatu suhu dan laju yang tergantung pada strukturnya. Yang ideal, suatu inisiator peroksida mestilah relatif stabil pada suhu pemrosesan polimer untuk menjamin laju reaksi yang layak (Stevens, 2001). Teknik crosslinking (ikat silang) karet dengan peroksida telah dikenal sejak lama. Keuntungan umum menggunakan peroksida sebagai zat ikat silang adalah ketahanannya baik pada suhu tinggi dalam waktu yang lama, keelastisannya yang baik, dan tidak ada penghilangan warna pada produk akhir.

2.2.4.1. Penggunaan Dikumil Peroksida (DCP) Sebagai Inisiator

DCP adalah sumber radikal sumber yang kuat, digunakan sebagai inisiator polimerisasi, katalis, dan zat penvulkanisasi. Temperatur waktu paruh 61 °C (untuk 10 jam) 80 °C (untuk 1 jam) dan 120 °C (untuk 1 menit).

DCP terdekomposisi dengan cepat, menyebabkan kebakaran dan ledakan, pada pemanasan dan dibawah pengaruh cahaya.DCP juga bereaksi keras dengan senyawa yang bertentangan (asam, basa, zat pereduksi, dan logam berat).Sebaiknya DCP disimpan dalam kondisi temperatur kamar (< 27 °C atau maksimum 39°C) dan untuk menjaga dari zat pereduksi dan senyawa-senyawa yangtidakkompatibeldengannya.

Gambar 2.2 Struktur Dikumil Peroksida

2.2.4.2. Degradasi Polistirena Dengan Inisiator Dikumil Peroksida

Polistirena yang ditambahkan dengan dikumil peroksida akan terjadi pemutusan rantai polistirena dan pembentukan ikatan silang pada polistirena.

Dengan reaksinya sebagai berikut :

1. Tahap Dekomposisi (1) 2.

Tahap Inisiasi (2) 3.

Tahap Pemutusan Rantai (3)

4. Tahap Pembentukan Ikatan Silang

(4)

Gambar 2.3. (1),(2),(3),(4) Reaksi Degradasi Polistirena dengan Dikumil

Peroksida

2.2.5. Divenil Benzena

Divenil benzena berubah-ubah secara ekstrim zat crosslinking (ikat silang) yang sangat baik dan juga meningkatkan sifat-sifat polimer.Sebagai contoh, divenil benzena banyak digunakan pada pabrik adesif, plastik, elastromer, keramik, material biologis, mantel, katalis, membran, peralatan farmasi, khususnya polimer dan resin penukar ion.

Gambar 2.4 Struktur Divenil benzena Rumus molekul divenil benzena C10H10, titik didih 195 °C, tidak larut dalam air dan larut dalam etanol dan eter dan titik nyala 76

°C. Ketika bereaksi bersama-sama dengan stirena, divenil benzena memiliki struktur kimia benzena dapat digunakan sebagai monomer reaktif dalam resin polyester. Stiren dan divenil benzena bereaksi secara bersama-sama menghasilkan kopolimer stirena divenil benzena (James, 2005).

2.3. Pengujian Mekanik

Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, harus dilakukan suatu pengujian terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis ujji coba yang biasa dilakukan,yaitu uji tarik (Tensile Test), uji tekan (Compression Test), uji torsi (Torsion Test),dan uji geser (Shear Test). Tapi dalam penelitian ini hanya akan dibahas mengenai uji tekan.

2.3.1. Uji Tekan Statik

Tegangan tekan berlawanan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan tarik, arah kedua gaya menjahui ujung benda (kedua gaya saling berjauhan), maka pada tegangan tekan, arah kedua gaya saling mendekati. Dengan kata lain benda tidak ditarik tetapi ditekan (gaya-gaya bekerja di dalam benda). Kekuatan tekan material adalah nilai tegangan tekan uniaksial yang mempunyai modus kegagalan ketika saat pengujian. Perubahan bentuk benda yang disebabkan oleh tegangan tekan dinamakan mampatan. Misalnya pada tiang-tiang yang menopang beban, seperti tiang bangunan mengalami tegangan tekan.

Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian tekan. Ketika dalam pengujian nantinya, spesimen akan menjadi lebih mengecil seperti menyebar lateral. ( Vernon,1992 ). Dalam pengujian ini tegangan (

) pada saat gagal atau patah diberikan oleh persamaan : (2.1)

Dimana: = Tegangan ( N/mm

²) F = Gaya maksimum (N) A = Luas penampang (mm

²)

2.3.2. Respon Material Akibat Beban Tekan Statik

Untuk mengoptimalkan produk tersebut perlu diketahui karakteristik material penyusunnya akibat beban tekan statik.Karakteristik suatu spesimen harus terukur, untuk itu perlu suatu pengujian tekan statik terhadap material tertentuagar karakteristik dapat diketahui. Karakteristik dapat diketahui dari respon yangdialami oleh material. Respon diakibatkan oleh adanya gangguan (disturbance) yangdiberikan terhadap sebuah sistem, seperti: F (gaya), T (temperatur), dan lain-lain.Didalam uji tekan statik, gaya yang diberikan ditunjukkan pada gambar berikut:

F δ ℓ

(a) Sebelum uji tekan (b) Setelah Uji Tekan

Gambar 2.5 Pengujian beban tekan pada spesimen

Berdasarkan respon yang ditunjukkan pada Gambar.2.8 dapat ditentukan respon mekanik berupa tegangan normal dan regangan akibat beban tekan statik (Gere,1987 )

Pertimbangan yang paling penting dalam upaya untuk mencegah terjadinya kegagalan desain struktur adalah tegangan yang terjadi tidak melebihi dari kekuatan material. Akan tetapi, ada banyak pertimbangan lain yang harus diperhatikan,misalnya: tegangan yang terjadi secara tiba-tiba (impact), dan lain sebagainya.Penyelidikan respon meliputi beberapa aspek,antara lain: respon material dan struktur terhadap pembebanan tertentu,mekanisme perubahan bentuk yang terjadi pada saat terjadinya beban maksimum dan lain sebagainya (Gere,1987). Dalam penelitian ini terdapat bahan yang mengalami deformasi plastis jika terus diberikan tegangan dan bahan ini tidak akan berubah ke bentuk semula.

2.3.3. Sifat Mekanik

Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik atau tekan. Bila kita terus menarik atau menekan suatu bahan sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan atau tekanan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada Gambar 2.3. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarik atau gaya tekan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut.(Johnson,1972)

Gambar 2.6 Kurva F vs

∆l Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut

“Ultimate Compression Strength” dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tekan maksimum.

Perubahan panjang dalam kurva disebut sebagai regangan teknik( .), yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik

(ΔL) terhadap panjang batang mula-mula (Lo).Tegangan yang dihasilkan pada proses ini disebut dengan tegangan teknik ( ), dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (Ao). Tegangan normal tesebut akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut :

(2.2)

Dimana: = Tegangan normal akibat beban tekan statik (N/mm2)

σ F = Beban tekan (N) Ao = Luas penampang spesimen mula-mula (mm2)

Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut :

∆

(2.3)

Dimana: (2.4)

∆ = −

Keterangan: = Regangan akibat beban tekan statik (%)

ε L = Perubahan panjang spesimen akibat beban tekan (mm) Lo = Panjang spesimen mula-mula (mm)

Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian tarik dan tekan pada umumnya merupakan nilai teknik. Regangan akibat beban tekan yang terjadi, panjang akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen akan menjadi besar, maka ini akan terjadi deformasi plastis .(Johnson,1972).

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan pada persamaan berikut : (2.5)

= /

adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan E tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).Kurva ini ditunjukkan oleh Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Kurva tegangan-regangan

2.3.4. Uji Penyerapan Air (Water Absorption Test)

Untuk mengetahui besarnya penyerapan air oleh aspal polimer, dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

( ) −

(2.6)

= × %

Dimana : = persentase penyerapan air (%)

Mk = massa sampel kering (g) Mj = massa jenuh air (g)

2.4. Metode Elemen Hingga

Ansys adalah suatu perangkat lunak simulasi teknik yang ditemukan oleh

ahli perangkat lunak yaitu John Swanson. Ansys mengembangkan tujuan umum dari analisa elemen hingga dan komputasi cairan dinamis.Ketika

Ansys mengembangkan suatu produk penambahan komputer ilmu teknik (CAE),

perangkat lunak ini mungkin lebih dikenal dengan ANSYS mekanis dan Ansys multiphysic.

Tujuan utama dari elemen hingga dalam pemodelan untuk pemecahan masalah mekanik secara numeric, termasuk analisa struktur yang statis dan dinamis (baik linear dan non linear), distribusi panas dan masalah cairan serta masalah bunyi dan elektromagnetik.

Teknologi Ansys mekanis mempersatukan struktur dan material yang bersifat non-linear.Ansys multiphysic juga mengatasi masalah panas, struktur, elektromagnetik, dan ilmu bunyi. Program Ansys dapat digunakan dalam teknik mesin,teknik sipil, teknik listrik, fisika dan kimia.

Ansys merupakan tujuan utama dari paket permodelan elemen hingga untuk secara numerik memecahkan masalah mekanis yang berbagai macam.

Masalah yang ada termasuk analisa struktur statis dan dinamis (baik linear dan non-linear), distribusi panas dan masalah cairan, begitu juga dengan ilmu bunyi dan masalah elektromagnetik.

Secara umum, suatu solusi elemen hingga dapat di pecahkan dengan mengikuti 3 tahap ini.Ini merupakan panduan umum yang dapat digunakan untuk menghitung analisis elemen hingga.

1. Preprocessing ; langkah-langkah dalam preprocessing yaitu:

Mendefinisikan titik point, garis, luas, volume
Mendefinisikan jenis elemen dan bentuk material/geometri • Menghubungkan garis, luas, volume sesuai kebutuhan.

2. Solusi : menetapkan beban, perletakan dan menjalankan analisis;beban yang ada berupa beban terpusat dan terbagi rata, perletakan( translasi dan rotasi) dan terakhir menjalankan analisisnya .

3. Postprocessing :proses lebih lanjut dan menampilkan hasil analisisnya; dalam hal ini dapat ditampilkan :

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Studi Eksperimental Dan Simulasi Ansys 12 Pembuatan Aspal Polimer Dengan Perbandingan Campuran Polistirena Pada Aspal 0:50, 5:45, 15:35, 25:25 Dengan Agregat 300 Gr Pasir”