STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI ANSYS 12 PEMBUATAN ASPAL POLIMER DENGAN PERBANDINGAN CAMPURAN POLISTIRENA PADA ASPAL 0: 50, 10:40, 20 :30 DENGAN AGREGAT 350 gr PASIR SKRIPSI

  STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI ANSYS 12 PEMBUATAN ASPAL POLIMER DENGAN PERBANDINGAN CAMPURAN POLISTIRENA PADA ASPAL 0: 50, 10:40, 20 :30 DENGAN AGREGAT 350 gr PASIR SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

ABSTRAK

  Dengan semakin terbatasnya sumber daya alam yang tersedia maka diperlukan upaya penggunaan material alam yang efisien namun memberikan nilai tambah sebesar-besarnya.konstruksi jalan raya merupakan konstruksi yang banyak menggunakan material alam.rekayasa teknologi bidang konstruksi jalan yang salah satunya adalah teknik bahan perkerasan jalan sangat diperlukan untuk menjawab masalah diatas.Aspal polimer merupakan alternatif yang sangat membantu agar pemakaian dapat efisien namun dapat diperoleh nilai tambah yang besar.Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh kekuatan tekan dan ketahanan rendaman air pada aspal. Aspal polimer dibuatdengan caramen campurkan Aspal dengan Polistirena yang dicampur bersama dengan agregat pasir halus kemudian ditambahkan Dikumil Peroksida (DCP) sebagai inisiator dan Divenil Benzena (DVB) sebagai pengikat. Pengujian yang dilakukan terhadap bahan ini yaitu uji penyerapan air, uji tekan statik dan simulasi dengan Ansys

  12.Hasilnya menunjukkan bahwa penambahan 25 gr Polistirena pada 25 gr aspal dan 300 gr pasir halus efektif dalam meningkatkan sifat mekanik daricampuran aspal dimana dihasilkan kekuatan tekan maksimum sebesar 3,016 Mpadan persentase penyerapan air sebesar 0.205%. Untuk uji tekan statik disimulasikan dengan menggunakan program Ansys 12. Kata kunci :Aspal polimer, Aspal, Polistirena, Dikumil Peroksida(DCP),Divenil

  Benzena (DVB),uji penyerapan air, uji tekan statik, sifat mekanik dan Ansys 12. Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas

segala karunia dan anugerah-Nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

  Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi SarjanaTeknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Material Teknik, yaitu “STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI PENGARUH

  

VARIASI CAMPURAN POLISTIRENA DAN ASPAL PENETRASI 60/70

DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM ANSYS 12”.

  Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari DosenPembimbing.

  Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

  1. Bapak. Ir. AlfianHamsi, M.Sc. sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas ini dapat terselesaikan.

  MT, selaku Ketua dan Sekretaris DepartemenTeknik Mesin, FakultasTeknik USU.

  3. Bapak Edy, dan Bapak Aman, dari Laboratorium Kimia Polimer MIPA USU yang telah berkenan membantu penulis dalam pembutan spesimen dan pengujian tekan.

  4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

  5. Orangtuatercinta (R. TarigandanS. Br Sembiring), saudara – saudaraku yang saya sayangi (Rosa, dan Rodrik) atas doa dan dukungan yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikanini.

  6. Kepada teman seperjuangan teknik mesin khususnya stambuk 2006 (Danny Putra , Edy,Binsar T Pardede, Dll) yang selalu mendukung penulis dalam menyelesaikan tugas skripsiini.

  Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnyamembangun demi penyempurnaan di masamendatang.

  Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.

  Medan, Penulis,

   Arthur Rollan Tarigan 06 0401 056

  

DAFTAR ISI

ABSTRAK ................................................................................................... i KATA PENGANTAR ................................................................................. ii DAFTAR ISI ............................................................................................... iv DAFTAR TABEL ....................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ................................................................................... ix DAFTAR NOTASI...................................................................................... xii

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar belakang ...................................................................... 1

  1.2 Tujuan .................................................................................. 4

  1.3 Manfaat Penelitian ................................................................ 5

  1.4 Batasan masalah.................................................................... 5

  1.5 Sistematika penulisan. ........................................................... 6

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Polimer....... .......................................................................... 8 2.1.1 jenis jenis polimer....................................................... .. 10

  2.1.2 Karakteristik Plastik...................................................... 12

  2.2 Bahan Baku............................................................................. 20

  2.2.1Aspal............................................................................. .. 20

  2.2.1.1Jenis-jenisAspal.................................................... 21

  2.2.1.2AspalPolimer... ................................................... 24

  2.2.2Agregat ........................................................................ 25

  2.2.2.1PenggunaanPasirSebagaiBahanAgregat .............. 27

  2.2.3 Polistirena ................................................................. 28

  2.2.4Dikumil Peroksida ..................................................... 30

  2.2.4.1Penggunaan (DCP) SebagaiInisiator ................... 30

  2.2.4.2Degradasi PS DenganInisiator DCP .................... 32

  2.2.5DivenilBenzena (DVB) .............................................. 33

  2.3. Pengujian Mekanik ................................................................................ 34

  2.3.1UjiTekanstatik ........................................................... 34

  2.3.2 Respon Material Akibat Beban Tekan Statik ............ 35

  2.3.3 Sifat Mekanik.......................................................... 37

  2.3.4 UjiPenyerapan Air (Water Absorption Test) ............. 39

  2.4MetodeElemenHingga ........................................................... 40

  BAB III METODOLOGI

  3.1Umum .................................................................................... 43

  3.2Alur Penelitian ....................................................................... 43

  3.3 Waktu dan Tempat .............................................................. 44

  3.4Alat dan Bahan ...................................................................... 44

  3.4.1Alat ............................................................................ 44

  3.4.2 Bahan ...................................................................... 52

  3.5ProsedurPenelitian ................................................................. 55

  3.5.1 PreparasiAgregat ..................................................... 55

  3.5.2PreparasiBahanPolimer .............................................. 55

  3.5.3 Proses PembutanAspalPolimer .................................. 56

  3.6.KarakterisasiAspalPolimer ........................................................ 58

  3.6.1.ProsesPengujianPenyerapan Air ................................ 59

  3.6.2.ProsesPengujianKuatTekan ....................................... 60

  3.7 Proses SimulasiNumerik ...................................................... 62

  3.7.1 SimulasiUjiTekanStatik ............................................ 63

  3.7.2TampilanPembukaAnsys12 ........................................ 63

  3.7.3 Pemodelan spesimen ................................................. 64

  3.7.4 MendefinisikanElemen Type ..................................... 65

  3.7.5 Real Konstan............................................................. 66

  3.7.6 MendefenisikanModel Bahan .................................... 67

  3.7.7 Proses Meshing ......................................................... 68

  3.7.8 Proses Solution.......................................................... 70

  3.7.9 Proses Analyzing ...................................................... 73

  3.8 DiagramAlirPenelitian ........................................................................... 74

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1 Hasil Pengujian .................................................................... 76

  4.1.1 Hasil Pengujian Daya Serap Air ................................. 76

  4.1.2 Hasil PengujianKuat Tekan ......................................... 77

  4.2 Pembahasan ......................................................................... 80

  4.2.1 Pembahasan pengujian Daya Serap Air ....................... 80

  4.2.2 Pembahasan Uji tekan ................................................. 82

  4.2.3HasilSimulasi Menggunakan Ansys 12 ......................... 85

  4.2.3.1 HasilsimulasiVariasi 0gr PS : 50gr Aspal ........ 86

  4.2.3.2 HasilsimulasiVariasi 10gr PS : 40gr Aspal. ..... 87

  4.2.3.3 HasilsimulasiVariasi 20gr PS : 30gr Aspal. ..... 88

  BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

  5.1Kesimpulan .............................................................................................. 92

  5.2 Saran..................................................................................... 93

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data JenisPengujiandanPersyaratanAspalPenetrasi 60/70 .............. 24Tabel 4.1 Data hasilujidayaserap air spesimen ASTM C 20-00-2005 ............ 76

  Tabel4.2 Datahasilujitekanspesimen ASTM D 1559-76 ............................... 77

Tabel 4.3 Hasilperhitungan % Dayaserap air ................................................. 80Tabel 4.4 Data Hasilperhitunganujitekanseluruhnya ...................................... 82Tabel 4.5 sifatmekaniksetiapspesimen ........................................................... 86Tabel 4.6 Perbandinganteganganmaksimumujieksperimendansimulasi ......... 90

  

DAFTAR GAMBAR

  Gambar 2.1Klasifikasipolimer ...................................................................... 13

Gambar 2.2 StrukturDikumilPeroksida.......................................................... 31Gambar 2.3. (1),(2),(3),(4)ReaksiDegradasi PSdengan DCP ......................... 33Gambar 2.4 StrukturDivenilbenzena ............................................................. 33

  Gambar 2.5.Pengujianbebantekanpadaspesimen ............................................ 36

Gambar 2.6 Kurva F vs

  ∆l .............................................................................. 37

Gambar 2.7 Kurvategangan-regangan ........................................................... 39

  Gambar 3.1.Gelas Beaker.............................................................................. 45 Gambar 3.2.Gelasukur 50 mL Pyrex ............................................................. 46 Gambar 3.3.CetakanSampelKubus ................................................................ 46 Gambar 3.4.NeracaAnalitik ........................................................................... 47

Gambar 3.5. Hot Plane .................................................................................. 48Gambar 3.6. Oven ......................................................................................... 49Gambar 3.7. Hot Compress ........................................................................... 50

  Gambar3.8 MesinUjiKuatTekan................................................................... 51 Gambar 3.9.Aspal ......................................................................................... 53

  Gambar 3.10.Polistirena ................................................................................ 53

Gambar 3.11 Pasirhalus ................................................................................ 54

  Gambar 3.12.DikumilPeroksida .................................................................... 54 Gambar 3.13.DivenilBenzena ....................................................................... 55

Gambar 3.14 Skemapencampuranbahanaspalpolimer .................................... 57Gambar 3.15 Bentukspesimenaspalpolimer ................................................... 58

  Gambar3.16 Diagrampohonsampelhasilvariasi .............................................. 59

Gambar 3.11 Proses perendaman specimen ................................................... 60

  Gambar 3.18Posisispesimensebelummendapattekanan .................................. 61 Gambar 3.19Kondisispesimensetelehmendapattekanan ................................. 62 Gambar3.20 Langkah-langkahsimulasipadaAnsys 12 .................................... 63 Gambar 3.21Tampilanawalansys 12 .............................................................. 63 Gambar 3.22.Tampilanpembuatangambarspesimenmelaluiansys ................... 64

Gambar 3.23 Model spesimenmelaluiAnsys .................................................. 65

  Gambar 3.24.Tampilanelement type .............................................................. 66 Gambar 3.25.Tampilan real konstan .............................................................. 66 Gambar 3.26.Tampilannilaimodulus youngsdanpoisson ratio ........................ 67

Gambar 3.27 Tampilannilai density............................................................... 68Gambar 3.28 Proses meshing material ........................................................... 69

  Gambar 3.29Gambarspesimenhasil meshing ................................................. 70 Gambar 3.30Tampilanuntukmembuattumpuan .............................................. 71

Gambar 3.31 Tampilanuntukmendefinisikanbeban ........................................ 72

  Gambar 3.32.Tampilananalisa ....................................................................... 73 Gambar 3.33.Tampilanuntukmelihathasilanalisavon mises ............................ 74 Gambar 3.34.Tampilanuntukmelihathasilanalisadisplacement ....................... 74 Gambar3.35 Diagramalirpenelitian .............................................................. 75 Gambar4.1Kurvaload - strokeVariasi0 gr Polistirena : 50 gr Aspal ............... 78 Gambar 4.2KurvaLoad-Stroke Variasi 10 gr Polistirena : 40 gr Aspal ........... 79

Gambar 4.3 KurvaLoad-Stroke Variasi 20 gr Polistirena : 30 gr Aspal .......... 79

  Gambar 4.4GrafikHubungan % DayaSerap Air denganPS :Aspal.................. 81

Gambar 4.5 Spesimen Aspal Polimer ............................................................ 82

  Gambar 4.6GrafikHubunganNilai F rata-ratadenganvariasiPS :Aspal ............ 84 Gambar4.7

GrafikHubunganNilai σ rata ratadenganvariasiPS:Aspal .............. 84

  Gambar 4.8Hasilsimulasivoinmisesvariasi0gr PS : 50 gr Aspal .................... 87 Gambar 4.9Hasilsimulasivoinmisesvariasi10gr PS : 40 gr Aspal................... 88 Gambar 4.10Hasilsimulasivoinmisesvariasi20gr PS : 30 gr Aspal ................. 89

Gambar 4.11 Grafik hubungan tegangan maksimum hasil pengujian dengan variasi campuan Polistirena: Aspal ................................................................ 90Gambar 4.12 Grafik hubungan tegangan maksimum hasil simulasi dengan variasi campuan Polistirena: Aspal ........................................................................... 91

  DAFTAR NOTASI Simbol Nama Keterangan Satuan

• A Luas penampang mm²
• F gaya N
₂ Sigma tegangan N/

  σ

• L panjang Mm - Delta perubahan

  Δ

  Ebsilon penguluran %

  є

• t waktu S - suhu ºC T - massa Kg M
2<
• E modulus elastisitas N/
₃ Rho massadensity kg/ Ρ 3<
• - V volume