Desain Dan Penyelidikan Respon Mekanik Cover Bumper Paduan Bahan Concrete Foam Diperkuat Tandan Kosong Kelapa Sawit Akibat Beban Impak Dengan Menggunakan Ansys
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Drainase
Drainase secara umum didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari
usaha untuk mengalirkan air yang berlebihan dalam suatu konteks pemanfaatan
tertentu. Saluran drainase Universitas Sumatra Utara terlihat pada Gambar 2.1 di
bawah ini.
Gambar 2.1 Drainase tanpa penutup
Drainase perkotaan adalah ilmu yang diterapkan khusus pada pengkajian
kawasan perkotaan yang erat kaitannya dengan kondisi lingkungan sosial yang ada di
kawasan kota. Drainase perkotaan merupakan sistem pengaliran air dari wilayah
perkotaan yang meliputi:
26
Universitas Sumatera Utara
27
1. Pemukiman.
2. Kawasan industri.
3. Kampus dan sekolah.
4. Rumah sakit & fasilitas umum.
5. Lapangan olahraga.
6. Lapangan parkir.
7. Pelabuhan udara.
Kriteria desain drainase perkotaan memiliki kekhususan, sebab untuk
perkotaan ada tambahan variabel desain seperti:
1. Keterkaitan dengan tata guna lahan.
2. Keterkaitan dengan masterplan drainase kota.
3. Keterkaitan dengan masalah sosial budaya.
2.2 Standar Penutup Drainase
Tipe saluran saluran drainase ini banyak digunakan untuk saluran terbuka di
atas permukaan tanah, seperti saluran drainase jalan raya, saluran drainase
lingkungan perkotaan, perumahan, kampus, kawasan industri dan lain sebagainya
contoh drainase pada umumnya terlihat seperti Gambar 2.2 di bawah ini [10]
.
Gambar 2.2 Drainase
Universitas Sumatera Utara
28
Saluran ini dilengkapi dengan tutup/cover yang dirancang hanya untuk
dilewati orang (light duty) standart cover tersebut terlihat pada tabel 2.1 di bawah:
Tabel 2.1 Standar Cover Drainase
Dimension
Cover light
duty
With
(w)
Thick (t)
mm
mm
mm
Estimate weight
1
U300
390
75
600
2
U400
500
90
600
69
3
U500
640
90
600
88
4
U600
740
100
600
106
5
U800
940
100
600
135
6
U1000
1180
120
600
203
7
U1200
1390
120
600
229
8
U1400
1620
150
600
348
9
U1600
1840
180
600
497
45
Spesifikasi material untuk Cover drainase mempunyai standart yang sudah
ditetapkan yaitu seperti pada tabel 2.2 berikut. [11]
Tabel 2.2 Spesifikasi material untuk Cover drainase
Specification:
Production Method
Wet cast with hight frequency vibration
Concrete Quality
Min K-350
Reinforcement
U-50 Hard Drawn Deformed Wire
Yield Strength ± 4500 Kg/cm
Tensile Strength ± 5000 Kg/cm
Effective length
600
Universitas Sumatera Utara
29
2.3 Fungsi Drainase
1. Mengeringkan bagian wilayah kota yang permukaan lahannya rendah dari
genangan sehingga tidak menimbulkan dampak negatif berupa kerusakan
infrastruktur kota dan harta benda milik masyarakat.
2. Mengalirkan kelebihan air permukaan ke aliran sungai terdekat secepatnya
agar tidak membanjiri atau menggenangi kota yang dapat merusak selain
harta benda masyarakat juga infrastruktur perkotaan. Mengendalikan
sebagian air permukaan akibat hujan yang dapat dimanfaatkan untuk
persediaan air dan kehidupan akuatik.
3. Meresapkan air permukaan untuk menjaga kelestarian air tanah.
4. Adanya lokasi parkir yang pada umumnya terletak dekat dengan drainase, di
samping ini karena mobil tidak diparkirkan di atas drainase tersebut maka
penutup drainase ini juga berfungsi sebagai parking bumper.
2.4 Jenis dan Pola Drainase
2.4.1. Menurut cara terbentuknya
1. Drainase alamiah
Terbentuk secara alami, tidak ada unsur campur tangan manusia serta tidak
terdapat bangunan-bangunan pelimpah, pasangan batu atau beton, goronggorong dan lain-lain.
Universitas Sumatera Utara
30
2. Drainase buatan
Dibentuk berdasarkan analisis ilmu drainase, untuk menentukan debit akibat
hujan, kecepatan resapan air dalam tanah dan dimensi saluran serta
memerlukan bangunan-bangunan khusus seperti selokan pasangan batu atau
beton, gorong-gorong, pipa-pipa dan sebagainya.
2.4.2. Menurut letak saluran
1. Drainase muka tanah
Saluran drainase yang berada di atas permukaan tanah yang berfungsi
mengalirkan air limpasan permukaan.
2. Drainase bawah tanah
Saluran drainase yang bertujuan mengalirkan air limpasan permukaan melalui
media di bawah permukaan tanah (pipa-pipa), dikarenakan alasan-alasan
tertentu. Alasan itu antara lain tuntutan artistik, tuntutan fungsi permukaan
tanah yang tidak membolehkan adanya saluran di permukaan tanah seperti
lapangan sepak bola, lapangan terbang, taman dan lain-lain.
2.4.3. Menurut fungsi
1. Single Purpose
Saluran berfungsi mengalirkan satu jenis air buangan saja, misalnya air hujan
atau jenis air buangan lain seperti air limbah domestik, air limbah industri dan
lain-lain.
Universitas Sumatera Utara
31
2. Multi purpose
Saluran berfungsi mengalirkan beberapa jenis buangan, baik secara
bercampur maupun bergantian.
2.4.4. Menurut konstruksi
1. Saluran terbuka
Saluran untuk air hujan yang terletak di area yang cukup luas. Juga untuk
saluran air non hujan yang tidak mengganggu kesehatan lingkungan.
2. Saluran tertutup
Saluran air untuk air kotor yang mengganggu kesehatan lingkungan. Juga
untuk saluran dalam kota.
2.5 Bentuk Penampang Saluran
Bentuk-bentuk saluran untuk drainase tidak jauh berbeda dengan saluran irigasi
pada umumnya. Dalam perancangan dimensi saluran harus diusahakan dapat
membentuk dimensi yang ekonomis, sebaliknya dimensi yang terlalu kecil akan
menimbulkan permasalahan karena daya tampung yang tidak memadai. Adapun
bentuk-bentuk saluran antara lain:
2.5.1. Trapesium
Pada umumnya saluran ini terbuat dari tanah akan tetapi tidak menutup
kemungkinan dibuat dari pasangan batu dan beton. Saluran ini memerlukan
cukup ruang. Berfungsi untuk menampung dan menyalurkan limpasan air hujan
Universitas Sumatera Utara
32
serta air buangan domestik dengan debit yang besar, seperti terlihat pada
Gambar 2.3 di bawah ini.
Gambar 2.3 Penampang trapesium
2.5.2. Persegi
Saluran ini terbuat dari pasangan batu dan beton. Bentuk saluran ini tidak
memerlukan banyak ruang dan areal. Berfungsi untuk menampung dan
menyalurkan limpasan air hujan serta air buangan domestik dengan debit yang
besar seperti terlihat pada Gambar 2.4 di bawah ini.
Gambar 2.4 Penampang persegi
2.5.3 Segitiga
Saluran ini sangat jarang digunakan tetapi mungkin digunakan dalam
kondisi tertentu, seperti terlihat pada Gambar 2.5 di bawah ini.
Gambar 2.5 Penampang segitiga
Universitas Sumatera Utara
33
2.5.4 Setengah lingkaran
Saluran ini terbuat dari pasangan batu atau dari beton dengan cetakan yang
telah tersedia. Berfungsi untuk menampung dan menyalurkan limpasan air hujan
serta air buangan domestik dengan debit yang besar, seperti terlihat pada
Gambar 2.6 di bawah ini.
Gambar 2.6 Penampang setengah lingkaran
2.6 Sistem Jaringan Drainase
2.6.1 Sistem drainase mayor
Sistem drainase mayor yaitu sistem saluran yang menampung dan mengalirkan
air dari suatu daerah tangkapan air hujan (catchment area). Pada umumnya sistem
drainase mayor ini disebut juga sebagai sistem saluran pembuangan utama (major
system) atau drainase primer. Sistem jaringan ini menampung aliran yang berskala
besar dan luas seperti saluran drainase primer, kanal-kanal dan sungai-sungai.
Perencanaan drainase mayor ini umumnya dipakai dengan periode ulang antara 5-10
tahun dan pengukuran topografi yang detail diperlukan dalam perencanaan sistem
drainase ini.
Universitas Sumatera Utara
34
2.6.2 Sistem drainase mikro
Sistem drainase mikro yaitu sistem saluran dan bangunan pelengkap drainase
yang menampung dan mengalirkan air dari daerah tangkapan air hujan (Catchment
Area). Secara keseluruhan yang termasuk dalam sistem drainase mikro adalah
saluran di sepanjang sisi jalan, saluran atau selokan air hujan di sekitar bangunan,
gorong-gorong, saluran drainase kota dan lain sebagainya dimana debit yang dapat
ditampungnya tidak terlalu besar [12].
2.7 Dampak Penutup Drainase Yang Tidak Standar
Penutup drainase pada sebagian besar perkantoran saat ini kurang dimanfaatkan
secara luas, hanya dipakai untuk menutup drainase agar tidak masuk sampah.
Penutup drainase yang komersil atau sering dipakai juga berbahan dari besi atau
beton, dan bersifat kaku. Pada sebagian besar drainase di perkotaan, perumahan,
jalan, dan lainnya. Penggunaan penutup drainase masih banyak terjadi kecelakaan.
Antara lain ada hewan yang masuk ke saluran drainase, ada kecelakaan lalu lintas,
banyaknya sampah yang dapat mengakibatkan penyumbatan aliran air drainase, dan
lainnya seperti terlihat pada Gambar 2.7 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
35
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.7 Penutup drainase (a) kondisi penutup drainase yang tidak standar, (b)
Lahan parkiran mobil di pasar induk, dan (c) Tumpukan sampah di drainase
Oleh sebab itu, penutup drainase sangat diperlukan untuk mengantisipasi halhal seperti di atas. Penutup drainase yang baik adalah yang mampu menjaga
drainase agar tidak masuk kontaminan pengganggu ataupun sejenisnya yang dapat
mengakibatkan tersumbatnya aliran drainase tersebut. Cover bump paduan bahan
Concrete Foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit dirancang untuk
dipakai secara luas yaitu untuk menutup drainase dan juga sebagai parking bumber
dimana pada saat parkir akan lebih rapi dan wilayah parkir menjadi lebih aman.
2.8 Parking bumper
Parking bumper adalah sebuah alat yang digunakan sebagai penahan roda
kenderaan pada saat parkir. Parking bumper sering dijumpai pada lokasi perparkiran
gedung perkantoran, pusat perbelanjaan atau supermarket dan lain-lain. Parking
bumper ini berfungsi untuk menciptakan keteraturan perparkiran pada area parkir
kenderaan roda empat dan juga sebagai penuntun serta pengaman kenderaan pada
saat parkir, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.8 di bawah ini [13].
Universitas Sumatera Utara
36
Gambar 2.8 Parking bumper
Parking bumper telah dikenal oleh masyarakat Internasional sejak tahun 1962
pada saat itu bahan yang digunakan adalah karet (rubber), dengan desain seperempat
lingkaran (seperempat bola) dengan sudut 90º, setelah itu dimodifikasi kembali pada
tahun 2009. Parking bumper ini berbentuk poligon (trapesium). Sementara di
lapangan sering dijumpai parking bumper berbentuk balok terbuat dari bahan
komposit beton dengan ukuran yang tidak memiliki standar khusus. Parking bumper
didesain dengan memperhatikan kekuatan mekaniknya. Hal ini bertujuan untuk dapat
memperkirakan kemampuan parking bumper dalam menahan beban, baik tekan
maupun beban kejut atau impak yang terjadi tiba-tiba. Karena parking bumper ini
digunakan untuk menahan roda kenderaan. Desain ini mengasumsikan berat kotor
sebuah mobil berkisar 1600 kg. Pada proses pemakaian parking bumper tersebut
akan bersentuhan langsung dengan roda mobil (tergantung posisi parkir) pada posisi
roda depan atau belakang. Sementara satu roda mobil akan menyentuh satu parking
bumper. Maka jika asumsi berat keseluruhan mobil dibagi dengan empat bagian pada
mobil tersebut yaitu letak pembebanan pada roda mobil maka akan diperoleh beban
sebesar 400 kg. Ilustrasi seperti diperlihatkan pada Gambar 2.9 dan 2.10 berikut ini.
Universitas Sumatera Utara
37
Gambar 2.9 Ilustrasi pembebanan pada Cover bump tipe 1
Gambar 2.10 Ilustrasi pembebanan pada Cover bump tipe 2
Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut
adalah berat bobot mobil, dan F adalah gaya tekan yang terjadi pada parking bumper.
Analisa gaya yang terjadi pada parking bumper dapat diuraikan seperti pada Gambar
2.11 dan 2.12 di bawah ini [14].
Gambar 2.11 Analisa gaya yang diterima Cover bum tipe 1
Universitas Sumatera Utara
38
Gambar 2.12 Analisa gaya yang diterima cover parking bum tipe 2
Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada Cover
bump di atas terlihat pada Gambar 2.13 di bawah ini.
Gambar 2.13 Free Body Diagram Analisa gaya yang diterima cover bump
Analisa gaya yang bekerja pada Cover bumpdiasumsikan dalam kondisi
statis dengan V= 0 Km/jam dan t = 0 detik. Perhitungan di atas dapat ditulis pada
persamaan 2.1 di bawah ini :
Universitas Sumatera Utara
39
∑ Fy = 0
F Sin α + W Cos α – N = 0 ……………………………….2.1
W Cos α – N = 0
N = W × Cos α
N = m × g Cos α
Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Cover bump dengan luas area kontak ban
mobil 2000 mm dapat dihitung dengan persamaan 2.2 di bawah ini:
σ=
Dimana
.………………………………………………….2.2
F = Gaya [N]
A= Luas permukaan [mm²]
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak diketahui antara ban
mobil dengan Cover bump adalah 2000 mm2 maka diperoleh gaya tekan untuk statik
sebagai berikut,
σ=
Analisa gaya yang bekerja pada Cover bump diasumsikan dalam kondisi
dinamik dengan kecepatan V = 5 km/jam, waktu t = 4 detik dan koefisien gesek µ s =
0,8 . Perhitungan gaya di atas dapat ditulis pada persamaan 2.3 di bawah ini :
Universitas Sumatera Utara
40
∑ Fx = m × a
F.Cos α – w Sin α –Fs =0 ……………………………….2.3
m × a × Cos 45˚ - m × g × Sin 45˚ - µ s × N = 0
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak diketahui antara
ban mobil dengan Cover bump adalah 2000 mm2 maka diperoleh gaya tekan untuk
dinamik sebagai berikut,
diperoleh gaya tekan untuk dinamik sebagai berikut,
σ=
Dimana:
F = Gaya tekan (N) .
W = Berat benda (N).
m = Massa (Kg) .
g = Percepatan gravitasi (m/s2).
v = Kecepatan (m/s) .
= Sudut kemiringan ( ).
μ
fs = Gaya gesek (N).
k
= Koefisien gesek.
Universitas Sumatera Utara
41
Penggunaan parking bumper bertujuan untuk menghindari terjadinya
kecelakaan dalam hal ini mobil terprosok kedalam parit, menciptakan keteraturan
lokasi parkir, sehingga pemilik kenderaan merasa nyaman ketika meninggalkan
kenderaan tersebut diperparkiran, sebuah kenderaan dalam posisi parkir seperti
terlihat pada Gambar 2.14 di bawah ini.
Gambar 2.14 Susunan parking bumper diparkiran.
Bentuk dasar dari parking bumper pada penelitian sebelumnya adalah
trapesium padat. Bentuk desain dasar yang dikembangkan dapat dilihat pada Gambar
2.15 berikut ini.
Gambar 2.15 Desain parking bumper
Ukuran parking bumper adalah panjang 250 mm, lebar 200 mm, dan tinggi
130 mm. Selain itu pada bagian miring parking bumper yang langsung dikenai roda
Universitas Sumatera Utara
42
kendaraan, dibuat melengkung seperti radius roda yang akan menempel. Hal ini
bertujuan agar saat parkir roda kendaraan benar-benar tertahan oleh parking bumper.
Dasar dari perubahan yang dilakukan adalah untuk mendapatkan parking
bumper sekaligus sebagai penutup drainase yang memiliki fungsi ganda. Tujuan
modifikasi adalah untuk mendapatkan bentuk yang lebih bagus dan yang memiliki
kekuatan lebih kuat [15].
2.9 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan limbah Pabrik Kelapa Sawit
(PKS) yang jumlahnya sangat banyak, yaitu 1,9 juta ton berat kering atau setara
dengan 4 juta ton berat basah pertahun. PT. Perkebunan Nusantara II (PTPN II)
menghasilkan limbah TKKS sebanyak 1350 ton pertahun. Pada umumnya material
ini dimanfaatkan sebagai pupuk organik di lahan perkebunan dengan cara dibakar
atau dibuang kembali ke lahan tersebut dan dibiarkan mengalami proses fermentasi
secara alami.
Pengolahan limbah TKKS dewasa ini mulai diteliti kegunaannya, sehingga
nilai ekonomis dari material limbah tersebut dapat dinaikkan dan sekaligus dapat
memberi solusi atas penanganan produk limbah yang sebelumnya terbuang sia-sia.
Sebagai contoh pemanfaatan TKKS ini di bidang teknologi di antaranya ialah
pembuatan papan partikel, parking bumper, kerucut lalu lintas, helmet sepeda, dan
bahan baku kertas sehingga masih terbuka kemungkinan serat TKKS ini diolah ke
Universitas Sumatera Utara
43
bentuk struktur lainnya yang mempunyai nilai ekonomi tinggi. Salah satu bentuk
strukturnya adalah struktur beton.
Agregat penguat (reinforcing filler) digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat
mekanikal Concrete Foam seperti yang telah dijelaskan di atas. Sedangkan pengisi
bukan penguat seperti Foaming Agent digunakan untuk membuat pori-pori udara
dalam Concrete Foam. Setiap jenis agregat ringan memberikan sifat-sifat tertentu
kepada Concrete Foam sebagai akibat dari sifatnya yang spesifik. Agregat penguat
yang digunakan adalah limbah Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Serat
TKKS memiliki sifat kekuatan tarik yang baik terutama setelah dilakukan perlakuan
(treatment) khusus yaitu merendam serat tersebut ke dalam 1% cairan NaOH yang
berfungsi untuk menghilangkan beberapa kandungan seperti lignin, minyak, protein,
dan lain-lain yang dapat menyebabkan pembusukan pada serat.
Berdasarkan penelitian tiap kandungan serat TKKS secara fisik mengandung
bahan-bahan serat seperti lignin (16,19%), selulosa (44,14%), dan hemiselulosa
(19,28%) yang mirip dengan bahan kimia penyusun kayu.
TKKS merupakan unsur dominan. Oleh karena itu potensi serat dalam TKKS
sangat tinggi dan dapat dimanfaatkan sebagai penguat dalam Concrete Foam.
Kelemahan dari serat TKKS adalah
tidak bisa langsung digunakan karena
mengandung lignin dan uap air yang tinggi sehingga perlu perlakuan khusus untuk
mendapatkan serat yang baik.
Serat TKKS yang sudah diproses memiliki diameter dari 0,4 mm sampai
Universitas Sumatera Utara
44
0,475 mm, dengan kekuatan rata-rata 246,2 MPa. Sementara pada diameter yang
lebih besar dari 0,475 mm sampai 0,575 mm, memiliki kekuatan rata-rata 144,0
MPa. Untuk diameter dari 0,575 mm sampai 0,72 mm, memiliki kekuatan rata-rata
92,5 MPa. Hal ini menjelaskan bahwa serat yang berdiameter kecil lebih kuat dari
yang berdiameter besar. Dengan demikian penggunaan serat TKKS akan
memberikan sifat mekanik yang cukup baik terhadap material komposit yang
dibentuk.
Dalam dunia konstruksi, beton ringan dibentuk dengan cara pencampuran
pasta semen dan foam, menggunakan metoda fisika. Alternatif lain beton ringan
dapat dibentuk dengan cara penambahan serat sebagai penguat ke dalam campuran
pasta semen dan foam.
Ukuran panjang serat TKKS yang dipakai dapat berkisar antara 1 mm sampai
10 mm. Dengan cara ini diperoleh beton ringan berongga yang relatif lebih besar
kekuatannya dan ringan.
Sebagaimana dijelaskan di atas, bahwa penggunaan serat penguat baik serat
alam maupun sintetis dalam campuran pasta semen dan foam untuk membentuk
beton ringan berongga (Concrete Foam) belum dilakukan. Karenanya, penelitian ini
diarahkan untuk pengembangan material Concrete Foam yang memiliki densitas
rendah tetapi mampu menahan beban statik dan impak yang baik.
Universitas Sumatera Utara
45
2.10 Beton Ringan
Di dalam bidang ilmu teknologi beton dikenal adanya istilah beton ringan
(light weight concrete). Pembuatan beton ringan dengan pemakaian agregat ringan
dimulai sejak munculnya agregat ringan yang dibuat dari proses pembakaran shale
dan clays pada tahun 1917 oleh S.J.Hayde. Pemakaian beton ringan pertama kali
diperkenalkan di Amerika pada Perang Dunia I (1917) oleh perusahaan Emergency
Fleet Building, dengan memakai agregat expanded shale, dan dipakai untuk
konstruksi kapal serta perahu. Beton ringan bertulang tersebut mempunyai kekuatan
34,47 MPa dan berat isi 1760 kg/m3.
Sejak tahun 1950-an beton ringan telah dipakai pada struktur gedung
bertingkat, lantai kendaraan pada jembatan dan beton precast, dan lain-lain. Ada
beberapa cara
untuk memproduksi beton ringan
tetapi itu semuanya hanya
tergantung pada adanya rongga udara dalam agregat, atau pembuatan rongga
udara dalam beton, di antaranya ada beberapa cara pembuatannya, yaitu dapat
dilakukan dengan 3 cara pembuatan:
1. Beton ringan dengan bahan batuan yang berongga atau agregat ringan buatan
yang digunakan juga sebagai pengganti agregat dasar atau kerikil. Beton ini
memakai agregat ringan yang mempunyai berat jenis yang rendah (berkisar
1400 kg/m3-2000 kg/m3) akibat agregat kasar yang bersifat porous. Agregat
yang dipakai berasal dari alam, proses pembakaran, hasil produksi industri serta
bahan-bahan organik lainnya. Berdasarkan agregat beton ringan ini dapat di
kelompokkan menjadi 2 yaitu:
Universitas Sumatera Utara
46
a. Beton ringan-total (all-light weight concrete).
Campuran beton dengan menggunakan agregat ringan butiran halus
maupun kasar.
b. Beton ringan pasir (sand-light weight concrete).
Untuk memperoleh kekuatan beton yang lebih baik, agregat halus
diganti dengan pasir alam sedangkan agregat kasar merupakan agregat
ringan.
Beton ringan dapat dibagi lagi dalam tiga golongan
berdasarkan tingkat kepadatan dan kekuatan beton yang dihasilkan dan
diklasifikasikan menjadi tiga yaitu:
a. Beton insulasi (insulating concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 300 Kg/m3-800
kg/m3 dan berkekuatan tekan berkisar 0,5-6,89 MPa, yang
biasanya dipakai sebagai beton penahan panas (insulasi panas)
disebut juga low density concrete. Beton ini banyak digunakan
untuk keperluan insulasi, karena mempunyai kemampuan
konduktivitas panas yang rendah, serta untuk peredam suara.
Jenis agregat yang biasa digunakan adalah perlite dan
vermiculite.
b. Beton ringan dengan kekuatan sedang (moderate strength
concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 800 Kg/m3-1440
kg/m3, yang biasanya dipakai sebagai beton struktur ringan
Universitas Sumatera Utara
47
atau sebagai pengisi (fill concrete). Beton ini terbuat dari
agregat ringan buatan seperti: terak (slag), abu terbang (fly
ash), lempung, batu sabak (slate), batu serpih (shale), dan
agregat ringan alami, seperti pumice, skoria, dan tufa. Beton ini
biasanya memiliki kekuatan tekan berkisar 5-17 MPa.
c.
Beton struktural (structural concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 1440 Kg/m3-1850
Kg/m3 yang dapat dipakai sebagai beton struktural jika
bersifat mekanik (kuat tekan) dapat memenuhi syarat pada
umur 28 hari mempunyai kuat tekan berkisar >17,24 MPa.
Untuk mencapai kekuatan sebesar itu, beton ini dapat
memakai agregat kasar seperti expanded shale, clays, slate,
dan slag.
2.
Beton ringan tanpa pasir (no fines concrete) adalah beton yang tidak
menggunakan agregat halus (pasir) pada campuran pastanya atau sering disebut
beton tanpa pasir, sehingga mempunyai sejumlah besar pori-pori. Dengan berat
isi berkisar 880-1200 Kg/m3. Kekuatan beton no fines berkisar 7-14 MPa yang
dipengaruhi oleh berat isi beton dan kadar semen. Pemakaian beton tipe ini
sangat baik untuk kemampuan insulasi dari struktur, meskipun keberadaan
rongga udara sangat banyak dan cenderung seragam dapat mengurangi kuat
tekan agregat.
3.
Beton ringan yang diperoleh dengan memasukkan udara dalam adukan atau
Universitas Sumatera Utara
48
mortar (beton busa atau gas). Dengan demikian akan terjadi pori-pori udara
berukuran 0,1-1 mm dalam betonnya, dikenal sebagai beton teraerasi, beton
berongga, beton busa atau beton gas. Memiliki berat isi 200-1440 Kg/m3.
2.10.1 Material Penyusun Concrete Foam
Spesimen Concrete Foam dibuat dari pencampuran semen, pasir, air dan serat
alam yang berasal dari limbah TKKS yang sangat mudah diperoleh dengan proses
perlakuan yang sederhana. Untuk mendapatkan struktur komposit yang ringan dan
kuat, campuran tersebut dicampur dengan Foaming Agent untuk menghasilkan foam
dan serat TKKS sehingga berat struktur tersebut menjadi lebih kuat dan ringan.
Komposisi material-material penyusun Concrete Foam seperti pada tabel 2.3 di
bawah ini.
Tabel 2.3. Komposisi Concrete Foam
Semen
(gr)
Pasir (gr)
Air (gr)
1
1
0.5
1
60
%
Gr
A1
2,267
2,267
1,133
8
492
1
45
A2
2,267
2,267
1,133
8
492
2
91
A3
2,267
2,267
1,133
8
492
3
136
A4
2,267
2,267
1,133
8
492
4
181
A5
2,267
2,267
1,133
8
492
5
227
1
1.5
0.5
1
60
%
B1
2,267
3,400
1,133
8
492
1
57
B2
2,267
3,400
1,133
8
492
2
113
Tipe
Foaming Agent
(gr)
TKKS
Universitas Sumatera Utara
49
B3
2,267
3,400
1,133
8
492
3
170
B4
2,267
3,400
1,133
8
492
4
227
B5
2,267
3,400
1,133
8
492
5
283
1
2
0.5
1
60
%
C1
2,267
4,533
1,133
8
492
1
68
C2
2,267
4,533
1,133
8
492
2
136
C3
2,267
4,533
1,133
8
492
3
204
C4
2,267
4,533
1,133
8
492
4
272
C5
2,267
4,533
1,133
8
492
5
340
2.11 Prosedur Pembuatan Cover bump Paduan Bahan Concrete Foam
Metode yang digunakan untuk pembuatan Cover bump paduan bahan Concrete
Foam baik untuk penutup drainase sekaligus parking bumper komersial, seperti
terlihat pada Gambar 2.16 di bawah ini.
(a)
(b)
Gambar 2.16 (a) Penutup drainase tipe 1, dan (b) Penutup drainase tipe 2.
Universitas Sumatera Utara
50
Bahan yang dipakai untuk Cover bump adalah Concrete Foam. Di mana
secara terperinci prosedur pembuatan spesimen setelah proses perlakuan serat
dilakukan dengan langkah-langkah seperti pada Gambar 2.17 di bawah ini.
Gambar 2.17 Proses pembuatan Cover bump.
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Drainase
Drainase secara umum didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari
usaha untuk mengalirkan air yang berlebihan dalam suatu konteks pemanfaatan
tertentu. Saluran drainase Universitas Sumatra Utara terlihat pada Gambar 2.1 di
bawah ini.
Gambar 2.1 Drainase tanpa penutup
Drainase perkotaan adalah ilmu yang diterapkan khusus pada pengkajian
kawasan perkotaan yang erat kaitannya dengan kondisi lingkungan sosial yang ada di
kawasan kota. Drainase perkotaan merupakan sistem pengaliran air dari wilayah
perkotaan yang meliputi:
26
Universitas Sumatera Utara
27
1. Pemukiman.
2. Kawasan industri.
3. Kampus dan sekolah.
4. Rumah sakit & fasilitas umum.
5. Lapangan olahraga.
6. Lapangan parkir.
7. Pelabuhan udara.
Kriteria desain drainase perkotaan memiliki kekhususan, sebab untuk
perkotaan ada tambahan variabel desain seperti:
1. Keterkaitan dengan tata guna lahan.
2. Keterkaitan dengan masterplan drainase kota.
3. Keterkaitan dengan masalah sosial budaya.
2.2 Standar Penutup Drainase
Tipe saluran saluran drainase ini banyak digunakan untuk saluran terbuka di
atas permukaan tanah, seperti saluran drainase jalan raya, saluran drainase
lingkungan perkotaan, perumahan, kampus, kawasan industri dan lain sebagainya
contoh drainase pada umumnya terlihat seperti Gambar 2.2 di bawah ini [10]
.
Gambar 2.2 Drainase
Universitas Sumatera Utara
28
Saluran ini dilengkapi dengan tutup/cover yang dirancang hanya untuk
dilewati orang (light duty) standart cover tersebut terlihat pada tabel 2.1 di bawah:
Tabel 2.1 Standar Cover Drainase
Dimension
Cover light
duty
With
(w)
Thick (t)
mm
mm
mm
Estimate weight
1
U300
390
75
600
2
U400
500
90
600
69
3
U500
640
90
600
88
4
U600
740
100
600
106
5
U800
940
100
600
135
6
U1000
1180
120
600
203
7
U1200
1390
120
600
229
8
U1400
1620
150
600
348
9
U1600
1840
180
600
497
45
Spesifikasi material untuk Cover drainase mempunyai standart yang sudah
ditetapkan yaitu seperti pada tabel 2.2 berikut. [11]
Tabel 2.2 Spesifikasi material untuk Cover drainase
Specification:
Production Method
Wet cast with hight frequency vibration
Concrete Quality
Min K-350
Reinforcement
U-50 Hard Drawn Deformed Wire
Yield Strength ± 4500 Kg/cm
Tensile Strength ± 5000 Kg/cm
Effective length
600
Universitas Sumatera Utara
29
2.3 Fungsi Drainase
1. Mengeringkan bagian wilayah kota yang permukaan lahannya rendah dari
genangan sehingga tidak menimbulkan dampak negatif berupa kerusakan
infrastruktur kota dan harta benda milik masyarakat.
2. Mengalirkan kelebihan air permukaan ke aliran sungai terdekat secepatnya
agar tidak membanjiri atau menggenangi kota yang dapat merusak selain
harta benda masyarakat juga infrastruktur perkotaan. Mengendalikan
sebagian air permukaan akibat hujan yang dapat dimanfaatkan untuk
persediaan air dan kehidupan akuatik.
3. Meresapkan air permukaan untuk menjaga kelestarian air tanah.
4. Adanya lokasi parkir yang pada umumnya terletak dekat dengan drainase, di
samping ini karena mobil tidak diparkirkan di atas drainase tersebut maka
penutup drainase ini juga berfungsi sebagai parking bumper.
2.4 Jenis dan Pola Drainase
2.4.1. Menurut cara terbentuknya
1. Drainase alamiah
Terbentuk secara alami, tidak ada unsur campur tangan manusia serta tidak
terdapat bangunan-bangunan pelimpah, pasangan batu atau beton, goronggorong dan lain-lain.
Universitas Sumatera Utara
30
2. Drainase buatan
Dibentuk berdasarkan analisis ilmu drainase, untuk menentukan debit akibat
hujan, kecepatan resapan air dalam tanah dan dimensi saluran serta
memerlukan bangunan-bangunan khusus seperti selokan pasangan batu atau
beton, gorong-gorong, pipa-pipa dan sebagainya.
2.4.2. Menurut letak saluran
1. Drainase muka tanah
Saluran drainase yang berada di atas permukaan tanah yang berfungsi
mengalirkan air limpasan permukaan.
2. Drainase bawah tanah
Saluran drainase yang bertujuan mengalirkan air limpasan permukaan melalui
media di bawah permukaan tanah (pipa-pipa), dikarenakan alasan-alasan
tertentu. Alasan itu antara lain tuntutan artistik, tuntutan fungsi permukaan
tanah yang tidak membolehkan adanya saluran di permukaan tanah seperti
lapangan sepak bola, lapangan terbang, taman dan lain-lain.
2.4.3. Menurut fungsi
1. Single Purpose
Saluran berfungsi mengalirkan satu jenis air buangan saja, misalnya air hujan
atau jenis air buangan lain seperti air limbah domestik, air limbah industri dan
lain-lain.
Universitas Sumatera Utara
31
2. Multi purpose
Saluran berfungsi mengalirkan beberapa jenis buangan, baik secara
bercampur maupun bergantian.
2.4.4. Menurut konstruksi
1. Saluran terbuka
Saluran untuk air hujan yang terletak di area yang cukup luas. Juga untuk
saluran air non hujan yang tidak mengganggu kesehatan lingkungan.
2. Saluran tertutup
Saluran air untuk air kotor yang mengganggu kesehatan lingkungan. Juga
untuk saluran dalam kota.
2.5 Bentuk Penampang Saluran
Bentuk-bentuk saluran untuk drainase tidak jauh berbeda dengan saluran irigasi
pada umumnya. Dalam perancangan dimensi saluran harus diusahakan dapat
membentuk dimensi yang ekonomis, sebaliknya dimensi yang terlalu kecil akan
menimbulkan permasalahan karena daya tampung yang tidak memadai. Adapun
bentuk-bentuk saluran antara lain:
2.5.1. Trapesium
Pada umumnya saluran ini terbuat dari tanah akan tetapi tidak menutup
kemungkinan dibuat dari pasangan batu dan beton. Saluran ini memerlukan
cukup ruang. Berfungsi untuk menampung dan menyalurkan limpasan air hujan
Universitas Sumatera Utara
32
serta air buangan domestik dengan debit yang besar, seperti terlihat pada
Gambar 2.3 di bawah ini.
Gambar 2.3 Penampang trapesium
2.5.2. Persegi
Saluran ini terbuat dari pasangan batu dan beton. Bentuk saluran ini tidak
memerlukan banyak ruang dan areal. Berfungsi untuk menampung dan
menyalurkan limpasan air hujan serta air buangan domestik dengan debit yang
besar seperti terlihat pada Gambar 2.4 di bawah ini.
Gambar 2.4 Penampang persegi
2.5.3 Segitiga
Saluran ini sangat jarang digunakan tetapi mungkin digunakan dalam
kondisi tertentu, seperti terlihat pada Gambar 2.5 di bawah ini.
Gambar 2.5 Penampang segitiga
Universitas Sumatera Utara
33
2.5.4 Setengah lingkaran
Saluran ini terbuat dari pasangan batu atau dari beton dengan cetakan yang
telah tersedia. Berfungsi untuk menampung dan menyalurkan limpasan air hujan
serta air buangan domestik dengan debit yang besar, seperti terlihat pada
Gambar 2.6 di bawah ini.
Gambar 2.6 Penampang setengah lingkaran
2.6 Sistem Jaringan Drainase
2.6.1 Sistem drainase mayor
Sistem drainase mayor yaitu sistem saluran yang menampung dan mengalirkan
air dari suatu daerah tangkapan air hujan (catchment area). Pada umumnya sistem
drainase mayor ini disebut juga sebagai sistem saluran pembuangan utama (major
system) atau drainase primer. Sistem jaringan ini menampung aliran yang berskala
besar dan luas seperti saluran drainase primer, kanal-kanal dan sungai-sungai.
Perencanaan drainase mayor ini umumnya dipakai dengan periode ulang antara 5-10
tahun dan pengukuran topografi yang detail diperlukan dalam perencanaan sistem
drainase ini.
Universitas Sumatera Utara
34
2.6.2 Sistem drainase mikro
Sistem drainase mikro yaitu sistem saluran dan bangunan pelengkap drainase
yang menampung dan mengalirkan air dari daerah tangkapan air hujan (Catchment
Area). Secara keseluruhan yang termasuk dalam sistem drainase mikro adalah
saluran di sepanjang sisi jalan, saluran atau selokan air hujan di sekitar bangunan,
gorong-gorong, saluran drainase kota dan lain sebagainya dimana debit yang dapat
ditampungnya tidak terlalu besar [12].
2.7 Dampak Penutup Drainase Yang Tidak Standar
Penutup drainase pada sebagian besar perkantoran saat ini kurang dimanfaatkan
secara luas, hanya dipakai untuk menutup drainase agar tidak masuk sampah.
Penutup drainase yang komersil atau sering dipakai juga berbahan dari besi atau
beton, dan bersifat kaku. Pada sebagian besar drainase di perkotaan, perumahan,
jalan, dan lainnya. Penggunaan penutup drainase masih banyak terjadi kecelakaan.
Antara lain ada hewan yang masuk ke saluran drainase, ada kecelakaan lalu lintas,
banyaknya sampah yang dapat mengakibatkan penyumbatan aliran air drainase, dan
lainnya seperti terlihat pada Gambar 2.7 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
35
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.7 Penutup drainase (a) kondisi penutup drainase yang tidak standar, (b)
Lahan parkiran mobil di pasar induk, dan (c) Tumpukan sampah di drainase
Oleh sebab itu, penutup drainase sangat diperlukan untuk mengantisipasi halhal seperti di atas. Penutup drainase yang baik adalah yang mampu menjaga
drainase agar tidak masuk kontaminan pengganggu ataupun sejenisnya yang dapat
mengakibatkan tersumbatnya aliran drainase tersebut. Cover bump paduan bahan
Concrete Foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit dirancang untuk
dipakai secara luas yaitu untuk menutup drainase dan juga sebagai parking bumber
dimana pada saat parkir akan lebih rapi dan wilayah parkir menjadi lebih aman.
2.8 Parking bumper
Parking bumper adalah sebuah alat yang digunakan sebagai penahan roda
kenderaan pada saat parkir. Parking bumper sering dijumpai pada lokasi perparkiran
gedung perkantoran, pusat perbelanjaan atau supermarket dan lain-lain. Parking
bumper ini berfungsi untuk menciptakan keteraturan perparkiran pada area parkir
kenderaan roda empat dan juga sebagai penuntun serta pengaman kenderaan pada
saat parkir, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.8 di bawah ini [13].
Universitas Sumatera Utara
36
Gambar 2.8 Parking bumper
Parking bumper telah dikenal oleh masyarakat Internasional sejak tahun 1962
pada saat itu bahan yang digunakan adalah karet (rubber), dengan desain seperempat
lingkaran (seperempat bola) dengan sudut 90º, setelah itu dimodifikasi kembali pada
tahun 2009. Parking bumper ini berbentuk poligon (trapesium). Sementara di
lapangan sering dijumpai parking bumper berbentuk balok terbuat dari bahan
komposit beton dengan ukuran yang tidak memiliki standar khusus. Parking bumper
didesain dengan memperhatikan kekuatan mekaniknya. Hal ini bertujuan untuk dapat
memperkirakan kemampuan parking bumper dalam menahan beban, baik tekan
maupun beban kejut atau impak yang terjadi tiba-tiba. Karena parking bumper ini
digunakan untuk menahan roda kenderaan. Desain ini mengasumsikan berat kotor
sebuah mobil berkisar 1600 kg. Pada proses pemakaian parking bumper tersebut
akan bersentuhan langsung dengan roda mobil (tergantung posisi parkir) pada posisi
roda depan atau belakang. Sementara satu roda mobil akan menyentuh satu parking
bumper. Maka jika asumsi berat keseluruhan mobil dibagi dengan empat bagian pada
mobil tersebut yaitu letak pembebanan pada roda mobil maka akan diperoleh beban
sebesar 400 kg. Ilustrasi seperti diperlihatkan pada Gambar 2.9 dan 2.10 berikut ini.
Universitas Sumatera Utara
37
Gambar 2.9 Ilustrasi pembebanan pada Cover bump tipe 1
Gambar 2.10 Ilustrasi pembebanan pada Cover bump tipe 2
Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut
adalah berat bobot mobil, dan F adalah gaya tekan yang terjadi pada parking bumper.
Analisa gaya yang terjadi pada parking bumper dapat diuraikan seperti pada Gambar
2.11 dan 2.12 di bawah ini [14].
Gambar 2.11 Analisa gaya yang diterima Cover bum tipe 1
Universitas Sumatera Utara
38
Gambar 2.12 Analisa gaya yang diterima cover parking bum tipe 2
Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada Cover
bump di atas terlihat pada Gambar 2.13 di bawah ini.
Gambar 2.13 Free Body Diagram Analisa gaya yang diterima cover bump
Analisa gaya yang bekerja pada Cover bumpdiasumsikan dalam kondisi
statis dengan V= 0 Km/jam dan t = 0 detik. Perhitungan di atas dapat ditulis pada
persamaan 2.1 di bawah ini :
Universitas Sumatera Utara
39
∑ Fy = 0
F Sin α + W Cos α – N = 0 ……………………………….2.1
W Cos α – N = 0
N = W × Cos α
N = m × g Cos α
Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Cover bump dengan luas area kontak ban
mobil 2000 mm dapat dihitung dengan persamaan 2.2 di bawah ini:
σ=
Dimana
.………………………………………………….2.2
F = Gaya [N]
A= Luas permukaan [mm²]
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak diketahui antara ban
mobil dengan Cover bump adalah 2000 mm2 maka diperoleh gaya tekan untuk statik
sebagai berikut,
σ=
Analisa gaya yang bekerja pada Cover bump diasumsikan dalam kondisi
dinamik dengan kecepatan V = 5 km/jam, waktu t = 4 detik dan koefisien gesek µ s =
0,8 . Perhitungan gaya di atas dapat ditulis pada persamaan 2.3 di bawah ini :
Universitas Sumatera Utara
40
∑ Fx = m × a
F.Cos α – w Sin α –Fs =0 ……………………………….2.3
m × a × Cos 45˚ - m × g × Sin 45˚ - µ s × N = 0
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak diketahui antara
ban mobil dengan Cover bump adalah 2000 mm2 maka diperoleh gaya tekan untuk
dinamik sebagai berikut,
diperoleh gaya tekan untuk dinamik sebagai berikut,
σ=
Dimana:
F = Gaya tekan (N) .
W = Berat benda (N).
m = Massa (Kg) .
g = Percepatan gravitasi (m/s2).
v = Kecepatan (m/s) .
= Sudut kemiringan ( ).
μ
fs = Gaya gesek (N).
k
= Koefisien gesek.
Universitas Sumatera Utara
41
Penggunaan parking bumper bertujuan untuk menghindari terjadinya
kecelakaan dalam hal ini mobil terprosok kedalam parit, menciptakan keteraturan
lokasi parkir, sehingga pemilik kenderaan merasa nyaman ketika meninggalkan
kenderaan tersebut diperparkiran, sebuah kenderaan dalam posisi parkir seperti
terlihat pada Gambar 2.14 di bawah ini.
Gambar 2.14 Susunan parking bumper diparkiran.
Bentuk dasar dari parking bumper pada penelitian sebelumnya adalah
trapesium padat. Bentuk desain dasar yang dikembangkan dapat dilihat pada Gambar
2.15 berikut ini.
Gambar 2.15 Desain parking bumper
Ukuran parking bumper adalah panjang 250 mm, lebar 200 mm, dan tinggi
130 mm. Selain itu pada bagian miring parking bumper yang langsung dikenai roda
Universitas Sumatera Utara
42
kendaraan, dibuat melengkung seperti radius roda yang akan menempel. Hal ini
bertujuan agar saat parkir roda kendaraan benar-benar tertahan oleh parking bumper.
Dasar dari perubahan yang dilakukan adalah untuk mendapatkan parking
bumper sekaligus sebagai penutup drainase yang memiliki fungsi ganda. Tujuan
modifikasi adalah untuk mendapatkan bentuk yang lebih bagus dan yang memiliki
kekuatan lebih kuat [15].
2.9 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan limbah Pabrik Kelapa Sawit
(PKS) yang jumlahnya sangat banyak, yaitu 1,9 juta ton berat kering atau setara
dengan 4 juta ton berat basah pertahun. PT. Perkebunan Nusantara II (PTPN II)
menghasilkan limbah TKKS sebanyak 1350 ton pertahun. Pada umumnya material
ini dimanfaatkan sebagai pupuk organik di lahan perkebunan dengan cara dibakar
atau dibuang kembali ke lahan tersebut dan dibiarkan mengalami proses fermentasi
secara alami.
Pengolahan limbah TKKS dewasa ini mulai diteliti kegunaannya, sehingga
nilai ekonomis dari material limbah tersebut dapat dinaikkan dan sekaligus dapat
memberi solusi atas penanganan produk limbah yang sebelumnya terbuang sia-sia.
Sebagai contoh pemanfaatan TKKS ini di bidang teknologi di antaranya ialah
pembuatan papan partikel, parking bumper, kerucut lalu lintas, helmet sepeda, dan
bahan baku kertas sehingga masih terbuka kemungkinan serat TKKS ini diolah ke
Universitas Sumatera Utara
43
bentuk struktur lainnya yang mempunyai nilai ekonomi tinggi. Salah satu bentuk
strukturnya adalah struktur beton.
Agregat penguat (reinforcing filler) digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat
mekanikal Concrete Foam seperti yang telah dijelaskan di atas. Sedangkan pengisi
bukan penguat seperti Foaming Agent digunakan untuk membuat pori-pori udara
dalam Concrete Foam. Setiap jenis agregat ringan memberikan sifat-sifat tertentu
kepada Concrete Foam sebagai akibat dari sifatnya yang spesifik. Agregat penguat
yang digunakan adalah limbah Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Serat
TKKS memiliki sifat kekuatan tarik yang baik terutama setelah dilakukan perlakuan
(treatment) khusus yaitu merendam serat tersebut ke dalam 1% cairan NaOH yang
berfungsi untuk menghilangkan beberapa kandungan seperti lignin, minyak, protein,
dan lain-lain yang dapat menyebabkan pembusukan pada serat.
Berdasarkan penelitian tiap kandungan serat TKKS secara fisik mengandung
bahan-bahan serat seperti lignin (16,19%), selulosa (44,14%), dan hemiselulosa
(19,28%) yang mirip dengan bahan kimia penyusun kayu.
TKKS merupakan unsur dominan. Oleh karena itu potensi serat dalam TKKS
sangat tinggi dan dapat dimanfaatkan sebagai penguat dalam Concrete Foam.
Kelemahan dari serat TKKS adalah
tidak bisa langsung digunakan karena
mengandung lignin dan uap air yang tinggi sehingga perlu perlakuan khusus untuk
mendapatkan serat yang baik.
Serat TKKS yang sudah diproses memiliki diameter dari 0,4 mm sampai
Universitas Sumatera Utara
44
0,475 mm, dengan kekuatan rata-rata 246,2 MPa. Sementara pada diameter yang
lebih besar dari 0,475 mm sampai 0,575 mm, memiliki kekuatan rata-rata 144,0
MPa. Untuk diameter dari 0,575 mm sampai 0,72 mm, memiliki kekuatan rata-rata
92,5 MPa. Hal ini menjelaskan bahwa serat yang berdiameter kecil lebih kuat dari
yang berdiameter besar. Dengan demikian penggunaan serat TKKS akan
memberikan sifat mekanik yang cukup baik terhadap material komposit yang
dibentuk.
Dalam dunia konstruksi, beton ringan dibentuk dengan cara pencampuran
pasta semen dan foam, menggunakan metoda fisika. Alternatif lain beton ringan
dapat dibentuk dengan cara penambahan serat sebagai penguat ke dalam campuran
pasta semen dan foam.
Ukuran panjang serat TKKS yang dipakai dapat berkisar antara 1 mm sampai
10 mm. Dengan cara ini diperoleh beton ringan berongga yang relatif lebih besar
kekuatannya dan ringan.
Sebagaimana dijelaskan di atas, bahwa penggunaan serat penguat baik serat
alam maupun sintetis dalam campuran pasta semen dan foam untuk membentuk
beton ringan berongga (Concrete Foam) belum dilakukan. Karenanya, penelitian ini
diarahkan untuk pengembangan material Concrete Foam yang memiliki densitas
rendah tetapi mampu menahan beban statik dan impak yang baik.
Universitas Sumatera Utara
45
2.10 Beton Ringan
Di dalam bidang ilmu teknologi beton dikenal adanya istilah beton ringan
(light weight concrete). Pembuatan beton ringan dengan pemakaian agregat ringan
dimulai sejak munculnya agregat ringan yang dibuat dari proses pembakaran shale
dan clays pada tahun 1917 oleh S.J.Hayde. Pemakaian beton ringan pertama kali
diperkenalkan di Amerika pada Perang Dunia I (1917) oleh perusahaan Emergency
Fleet Building, dengan memakai agregat expanded shale, dan dipakai untuk
konstruksi kapal serta perahu. Beton ringan bertulang tersebut mempunyai kekuatan
34,47 MPa dan berat isi 1760 kg/m3.
Sejak tahun 1950-an beton ringan telah dipakai pada struktur gedung
bertingkat, lantai kendaraan pada jembatan dan beton precast, dan lain-lain. Ada
beberapa cara
untuk memproduksi beton ringan
tetapi itu semuanya hanya
tergantung pada adanya rongga udara dalam agregat, atau pembuatan rongga
udara dalam beton, di antaranya ada beberapa cara pembuatannya, yaitu dapat
dilakukan dengan 3 cara pembuatan:
1. Beton ringan dengan bahan batuan yang berongga atau agregat ringan buatan
yang digunakan juga sebagai pengganti agregat dasar atau kerikil. Beton ini
memakai agregat ringan yang mempunyai berat jenis yang rendah (berkisar
1400 kg/m3-2000 kg/m3) akibat agregat kasar yang bersifat porous. Agregat
yang dipakai berasal dari alam, proses pembakaran, hasil produksi industri serta
bahan-bahan organik lainnya. Berdasarkan agregat beton ringan ini dapat di
kelompokkan menjadi 2 yaitu:
Universitas Sumatera Utara
46
a. Beton ringan-total (all-light weight concrete).
Campuran beton dengan menggunakan agregat ringan butiran halus
maupun kasar.
b. Beton ringan pasir (sand-light weight concrete).
Untuk memperoleh kekuatan beton yang lebih baik, agregat halus
diganti dengan pasir alam sedangkan agregat kasar merupakan agregat
ringan.
Beton ringan dapat dibagi lagi dalam tiga golongan
berdasarkan tingkat kepadatan dan kekuatan beton yang dihasilkan dan
diklasifikasikan menjadi tiga yaitu:
a. Beton insulasi (insulating concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 300 Kg/m3-800
kg/m3 dan berkekuatan tekan berkisar 0,5-6,89 MPa, yang
biasanya dipakai sebagai beton penahan panas (insulasi panas)
disebut juga low density concrete. Beton ini banyak digunakan
untuk keperluan insulasi, karena mempunyai kemampuan
konduktivitas panas yang rendah, serta untuk peredam suara.
Jenis agregat yang biasa digunakan adalah perlite dan
vermiculite.
b. Beton ringan dengan kekuatan sedang (moderate strength
concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 800 Kg/m3-1440
kg/m3, yang biasanya dipakai sebagai beton struktur ringan
Universitas Sumatera Utara
47
atau sebagai pengisi (fill concrete). Beton ini terbuat dari
agregat ringan buatan seperti: terak (slag), abu terbang (fly
ash), lempung, batu sabak (slate), batu serpih (shale), dan
agregat ringan alami, seperti pumice, skoria, dan tufa. Beton ini
biasanya memiliki kekuatan tekan berkisar 5-17 MPa.
c.
Beton struktural (structural concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 1440 Kg/m3-1850
Kg/m3 yang dapat dipakai sebagai beton struktural jika
bersifat mekanik (kuat tekan) dapat memenuhi syarat pada
umur 28 hari mempunyai kuat tekan berkisar >17,24 MPa.
Untuk mencapai kekuatan sebesar itu, beton ini dapat
memakai agregat kasar seperti expanded shale, clays, slate,
dan slag.
2.
Beton ringan tanpa pasir (no fines concrete) adalah beton yang tidak
menggunakan agregat halus (pasir) pada campuran pastanya atau sering disebut
beton tanpa pasir, sehingga mempunyai sejumlah besar pori-pori. Dengan berat
isi berkisar 880-1200 Kg/m3. Kekuatan beton no fines berkisar 7-14 MPa yang
dipengaruhi oleh berat isi beton dan kadar semen. Pemakaian beton tipe ini
sangat baik untuk kemampuan insulasi dari struktur, meskipun keberadaan
rongga udara sangat banyak dan cenderung seragam dapat mengurangi kuat
tekan agregat.
3.
Beton ringan yang diperoleh dengan memasukkan udara dalam adukan atau
Universitas Sumatera Utara
48
mortar (beton busa atau gas). Dengan demikian akan terjadi pori-pori udara
berukuran 0,1-1 mm dalam betonnya, dikenal sebagai beton teraerasi, beton
berongga, beton busa atau beton gas. Memiliki berat isi 200-1440 Kg/m3.
2.10.1 Material Penyusun Concrete Foam
Spesimen Concrete Foam dibuat dari pencampuran semen, pasir, air dan serat
alam yang berasal dari limbah TKKS yang sangat mudah diperoleh dengan proses
perlakuan yang sederhana. Untuk mendapatkan struktur komposit yang ringan dan
kuat, campuran tersebut dicampur dengan Foaming Agent untuk menghasilkan foam
dan serat TKKS sehingga berat struktur tersebut menjadi lebih kuat dan ringan.
Komposisi material-material penyusun Concrete Foam seperti pada tabel 2.3 di
bawah ini.
Tabel 2.3. Komposisi Concrete Foam
Semen
(gr)
Pasir (gr)
Air (gr)
1
1
0.5
1
60
%
Gr
A1
2,267
2,267
1,133
8
492
1
45
A2
2,267
2,267
1,133
8
492
2
91
A3
2,267
2,267
1,133
8
492
3
136
A4
2,267
2,267
1,133
8
492
4
181
A5
2,267
2,267
1,133
8
492
5
227
1
1.5
0.5
1
60
%
B1
2,267
3,400
1,133
8
492
1
57
B2
2,267
3,400
1,133
8
492
2
113
Tipe
Foaming Agent
(gr)
TKKS
Universitas Sumatera Utara
49
B3
2,267
3,400
1,133
8
492
3
170
B4
2,267
3,400
1,133
8
492
4
227
B5
2,267
3,400
1,133
8
492
5
283
1
2
0.5
1
60
%
C1
2,267
4,533
1,133
8
492
1
68
C2
2,267
4,533
1,133
8
492
2
136
C3
2,267
4,533
1,133
8
492
3
204
C4
2,267
4,533
1,133
8
492
4
272
C5
2,267
4,533
1,133
8
492
5
340
2.11 Prosedur Pembuatan Cover bump Paduan Bahan Concrete Foam
Metode yang digunakan untuk pembuatan Cover bump paduan bahan Concrete
Foam baik untuk penutup drainase sekaligus parking bumper komersial, seperti
terlihat pada Gambar 2.16 di bawah ini.
(a)
(b)
Gambar 2.16 (a) Penutup drainase tipe 1, dan (b) Penutup drainase tipe 2.
Universitas Sumatera Utara
50
Bahan yang dipakai untuk Cover bump adalah Concrete Foam. Di mana
secara terperinci prosedur pembuatan spesimen setelah proses perlakuan serat
dilakukan dengan langkah-langkah seperti pada Gambar 2.17 di bawah ini.
Gambar 2.17 Proses pembuatan Cover bump.
Universitas Sumatera Utara