Analisa Respon Mekanik Speed Bump Paduan Bahan Concrete Foam Dan Polymeric Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang Dikenai Beban Impact Jatuh Bebas
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Bahan Komposit
Komposit dalam bahasa inggris berasal dari kata kerja “to compose“ yang
berarti menyusun atau menggabung. Material komposit adalah material yang
terbuat dari dua bahan atau lebih yang tetap terpisah dan berbeda dalam level
makroskopik selagi membentuk komponen tunggal. Jadi secara sederhana bahan
komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan.
Komposit adalah gabungan dua material atau lebih yang digabung secara
makroskopik untuk menghasilkan suatu material baru. Artinya penggabungan
sifat-sifat unggul dari pembentuk masih terlihat nyata [1].
Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat, hal ini
dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang
akan dihasilkan. Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah
tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang
bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap
sifat-sifat unsur bahan penyusunnya.
Komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik) dan suatu jenis
penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan
kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat ( fibre). Material
komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk
mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya
[2].
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang
lebih ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan
ketahanan aus [3]. Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu: (1).
Matriks dan (2). Penguat (reinforcement). Hal ini dapat diilustrasikan
pada
gambar 2.1.
Universitas Sumatera Utara
Matriks
+
Komposit
Penguat/serat
Gambar 2.1. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit
Keterangan gambar:
1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat.
2. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
3. Komposit merupakan gabungan dua atau lebih bahan yang terpisah.
Komposit dikenal sebagai bahan teknologi karena diperoleh dari hasil
teknologi pemrosesan bahan. Kemajuan teknologi pemprosesan bahan dewasa ini
telah menghasilkan bahan teknik yang dikenal sebagai bahan komposit.
.
Ada tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu:
1.
Material
pembentuk
sifat-sifat
intrinsik
material
pembentuk
memegang peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat
kompositnya.
2.
Susunan struktural komponen dimana bentuk serta orientasi dan
ukuran tiap-tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya
merupakan
faktor
penting
yang
memberi
kontribusi
dalam
penampilan komposit secara keseluruhan.
3.
Interaksi antar komponen karena komposit merupakan penggabungan
beberapa komponen yang berbeda, baik dalam hal bahannya maupun
bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti akan berbeda.
Sifat bahan komposit sangat dipengaruhi oleh sifat dan distribusi unsur
penyusun, serta interaksi antara keduanya. Parameter penting lain yang mungkin
mempengaruhi sifat bahan komposit adalah bentuk, ukuran, orientasi dan
distribusi dari penguat (filler ) dan berbagai ciri-ciri dari matriks [4]. Sifat mekanik
merupakan salah satu sifat bahan komposit yang sangat penting untuk dipelajari.
Untuk aplikasi struktur, sifat mekanik ditentukan oleh pemilihan bahan. Sifat
mekanik bahan komposit bergantung pada sifat bahan penyusunnya.
Peran utama dalam komposit berpenguat serat adalah untuk memindahkan
tegangan (stress) antara serat, memberikan ketahanan terhadap lingkungan yang
Universitas Sumatera Utara
merugikan dan menjaga permukaan serat dari efek mekanik dan kimia. Sementara
kontribusi serat sebagian besar berpengaruh pada kekuatan tarik ( tensil estrength)
bahan komposit [5].
Secara umum serat yang sering digunakan sebagai penguat (filler) adalah
serat buatan seperti serat gelas, karbon, dan grafit. Serat buatan ini memiliki
keunggulan tetapi biayanya tinggi jika dibandingkan dengan serat dari alam.
Pemakaian serat alam yaitu serat tandan kosong kelapa sawit sebagai pengganti
serat buatan akan menurunkan biaya produksi. Hal ini dapat dicapai karena
murahnya biaya yang diperlukan bagi pengolahan serat alam dibandingkan
dengan serat buatan. Walaupun sifat-sifatnya kalah dari segi keunggulan dengan
serat buatan, tetapi harus diingat bahwa serat alam lebih murah dalam hal biaya
produksi dan dapat terus diperbaharui.
2.1.1. Klasifikasi Material Komposit
Berdasarkan pada matrik penyusunnya komposit terdiri dari beberapa jenis
material komposit, yaitu:
1. Metal Matrix Composite (MMC)
Terdiri dari matrik logam seperti aluminium, timbal, tungsteen, molib
denum, magnesium, besi, kobalt, tembaga dan keramik.
2. Ceramic Matrix Composite (CMC)
Terdiri dari matrik keramik dan serat dari bahan lainnya.
3. Polymers Matrix Composite
Terdiri dari matrik termoset seperti polyester tidak jenuh dan epoxiy
atau termo plastik seperti Polycarbonate, polivinil klorida , nylon,
polysterene dan kaca, karbon, baja, serbuk kayu atau serat kevlar .
4. Concrete Matrix Composite (CMC)
Terdiri dari matrik beton ditambah beberapa matrik material serbuk
filler, pozolanic, serbuk/ serat kayu, serat bambu, stereofoam, baja,
sebuk kertas, dan batu apung.
Universitas Sumatera Utara
2.1.2. Teknik Pembuatan Material Komposit
Pembuatan
material
komposit
pada
umumnya
tidak
melibatkan
penggunaan suhu dan tekanan yang tinggi. Penggabungan material matriks dan
penguat dilakukan dengan proses pengadukan. Proses pengadukan ini dilakukan
dengan selang waktu tertentu sebelum terjadi pengerasan material komposit.
Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung
Pada metode penuangan secara langsung dilakukan dengan cara
melekatkan atau menyentuhkan material-material penyusun pada
cetakan terbuka dan dengan perlahan-lahan diratakan dengan
menggunakan roda perata atau dengan pemberian tekanan dari luar.
Metode ini cocok untuk jenis serat kontiniu.
2. Metode pemampatan atau tekanan
Pada metode pemampatan atau dengan menggunakan tekanan
ini menggunakan prinsip ekstrusi dengan pemberian tekanan pada
material bakunya yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini
umumnya berupa injeksi, mampatan atau semprotan. Material yang
cocok untuk jenis ini adalah penguat partikel.
3. Metode pemberian tekanan dan panas
Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan,
dimana metode ini menggunakan tekanan dengan pemberian panas
awal yang bertujuan untuk memudahkan material komposit mengisi
pada bagian-bagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat
kecil.
2.2.
Beton
Beton adalah suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan
menggabungkan yaitu semen, pasir, kerikil dan air untuk membuat campuran
tersebut menjadi keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi struktur
yang diinginkan. Kumpulan material tersebut terdiri dari agregat yang halus dan
kasar. Semen dan air berinteraksi secara kimiawi untuk mengikat partikel-partikel
agregat tersebut menjadi suatu massa padat [6].
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya beton terdiri dari ± 15 % semen, ± 8 % air, ± 3 % udara,
selebihnya pasir dan kerikil. Campuran tersebut setelah mengeras mempunyai
sifat yang berbeda-beda, tergantung pada cara pembuatannya. Perbandingan
campuran,
cara
pencampuran,
cara
mengangkut,
cara
mencetak,
cara
memadatkan, dan sebagainya akan mempengaruhi sifat-sifat beton.
Sifat beton meliputi: mudah diaduk, disalurkan, dicor, didapatkan dan
diselesaikan, tanpa menimbulkan pemisahan bahan susunan pada adukan dan
mutu beton yang disarankan oleh konstruksi tetap dipenuhi. Material beton
mempunyai beberapa keunggulan teknis jika dibanding dengan material
konstruksi lainnya. Bahan baku pembuatan beton, seperti semen, pasir dan koral
atau batu pecah, sangat mudah diperoleh.
Keunggulan lain yang dimiliki beton dibandingkan dengan material
lainnya adalah mempunyai kuat tekan dan stabilitas volume yang baik dan biaya
perawatannya relatif lebih murah. Selain itu, material beton lebih tahan terhadap
pengaruh lingkungan, tidak mudah terbakar, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi,
sehingga banyak digunakan sebagai pelindung struktur baja terhadap pengaruh
kebakaran pada bangunan gedung.
Sifat dan karakter mekanik beton secara umum:
1.
Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength ),
tetapi tidak begitu pada gaya tarik (low tensile strength ). Bahkan
kekuatan gaya tarik beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya
tekannya.
2.
Beton tidak mampu menahan gaya tegangan ( tension) yang tinggi,
karena elastisitasnya yang rendah.
3.
Konduktivitas termal beton relatif rendah.
Beton akan memberikan hasil akhir yang bagus jika pengolahan akhir
dilakukan dengan cara khusus umpamanya diekspose agregatnya (agregat yang
mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan dibagian luar, sehingga
nampak jelas pada permukaan betonnya). Dalam keadaan yang mengeras, beton
bagaikan batu karang dengan kekuatan tinggi. Dalam keadaan segar, beton dapat
diberi bermacam bentuk, sehingga dapat digunakan untuk membentuk seni
arsitektur atau semata-mata untuk tujuan dekoratif.
Universitas Sumatera Utara
Faktor–faktor yang membuat beton banyak digunakan karena memiliki
keunggulan–keunggulannya antara lain:
1. Kemudahan pengolahannya.
2. Material yang mudah didapat.
3. Kekuatan tekan tinggi.
4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari
kelebihannya.
Selain memiliki kunggulan-keunggulan seperti disebutkan diatas, beton
juga memiliki kekurangan seperti berikut:
1. Bentuk yang telah dibuat sulit diubah.
2. Pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi
3. Berat (bobotnya besar).
4. Daya pantul suara yang besar.
Sebagian besar bahan pembuat beton adalah bahan lokal (kecuali semen
portland atau bahan tambah kimia), sehingga sangat menguntungkan secara
ekomoni. Namun pembuatan beton akan menjadi mahal jika perencana tidak
memahami karakteristik bahan-bahan penyusun beton yang harus disesuaikan
dengan perilaku struktur yang akan dibuat.
2.2.1. Adukan Beton
Beton yang berasal dari pengadukan bahan-bahan penyusun agregat kasar
dan agregat halus kemudian diikat dengan semen yang bereaksi dengan air
sebagai bahan perekat, harus dicampur dan diaduk dengan benar dan merata agar
dapat dicapai mutu beton yang baik. Pada umumnya pengadukan bahan beton
dilakukan menggunakan mesin pengaduk kecuali jika hanya untuk mendapatkan
beton mutu rendah pengadukan dapat dilakukan tanpa menggunakan mesin
pengaduk.
Kekentalan adukan beton harus diawasi dan dikendalikan dengan cara
memeriksa kemerosotan (slump) pada setiap adukan beton baru. Nilai slump
Universitas Sumatera Utara
digunakan sebagai petunjuk ketepatan jumlah pemakaian air dalam hubungannya
dengan faktor air semen yang ingin dicapai.
Waktu pengadukan lamanya tergantung pada kapasitas isi mesin
pengaduk, jumlah adukan, jenis serta susunan butir bahan penyusun, dan slump
beton, pada umumnya tidak kurang dari 1,50 menit dimulai semenjak
pengadukan, dan hasil umumnya menunjukkan susunan dan warna merata. Sesuai
dengan tingkat mutu beton yang dihasilkan memberikan:
1.Keenceran dan kekentalan adukan yang memungkinkan pengerjaan
beton (penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah kedalam adukan
tanpa menimbulkan kemungkinan terjadinya segregation atau pemisahan
agregat.
2.Ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosif, dan
lain-lain).
3.Memenuhi uji kuat yang hendak dipakai. Beton diklarifikasikan menjadi
dua jenis, yaitu beton normal dan beton ringan. Beton normal adalah
beton yang memiliki densitas
–
beton ringan adalah beton yang memiliki densitas kurang dari
. Beton ringan juga terbagi dalam dua jenis, yaitu:
a. Beton ringan berpori
Beton ringan berpori adalah beton yang dibuat agar strukturnya terdapat
banyak pori. Pori–pori yang timbul adalah akibat dari reaksi hidratasi
dimana semen akan menimbulkan panas (reaksi eksotermal) sehingga
menimbulkan gelembung–gelembung gas H2O dan CO2 yang nantinya
menimbulkan jejak pori dalam beton yang sudah mengeras. Semakin
banyak gas yang dihasilkan akan semakin banyak pori yang terbentuk
dan beton akan semakin ringan.
b. Beton ringan tidak berpori
Pada beton jenis tidak memiliki pori melainkan digantikan dengan
agregat ringan yang ditambahkan pada saat pembuatannya. Agregat yang
sering digunakan adalah batu apung, serat sintesis dan alami, slag baja,
perlite dan lain-lain.
Universitas Sumatera Utara
2.3.
Speed B ump (Pembatas kecepatan kendaraan)
Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) adalah bagian jalan yang
ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang dijalan
untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar meningkatkan
keselamatan bagi pengguna jalan. Gambar Speed bump (Pembatas kecepatan
kendaraan) diperlihatkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Speed Bump
Speed Bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar
terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Untuk meningkatkan
keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggianya diatur dan apabila
melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih
dahulu mengenai adanya speed bump, khususnya pada malam hari, maka speed
bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau
kuning yang kontras sebagai pertanda [7].
Ukuran Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) sudah diatur dalam
Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 3 Tahun 1994 tentang alat
pengendali dan pengaman pemakai jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi
maksimum Pembatas kecepatan kendaraan adalah 12 cm dan sudut kemiringan
15% (13,50). Speed bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih
agar terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas.
Speed bump akan bermanfaat jika ditempatkan dan didesain sesuai dengan
aturan misalkan dijalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai
kelas jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan
pekerjaan konstruksi. Kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya
tidak boleh lebih dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan
kondisi diatas maka akan bermanfaat.
Universitas Sumatera Utara
Speed bump yang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan,
tapi juga membahayakan sipengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak
sesuai mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar.
Speed bump ditempatkan pada:
1. Jalan di lingkungan pemukiman
2. Jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC
3. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi
Berikut ini gambar desain standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan)
yang sesuai ketentuan pemerintah pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. Desain Standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan)
Universitas Sumatera Utara
2.4.
Material Komposit Concrete Foam
Pada komposit concrete Foam, materialnya terdiri dari semen, pasir, air,
blowing agent,dan serat TKKS. Blowing Agent yang digunakan dalam penelitian
ini adalah surfaktan.
2.4.1. Semen
Kata semen berasal dari caementum (Bahasa Latin), yang artinya
“memotong menjadi bagian-bagian kecil tidak beraturan”. Semen adalah zat yang
digunakan untuk merekat batu, bata, batako maupun bahan bangunan lainnya.
Material semen adalah material yang mempunyai sifat-sifat adhesif dan kohesif
yang diperlukan untuk mengikat agregat-agregat menjadi suatu massa yang
padat dan mempunyai kekuatan yang cukup.
Semen
merupakan
hasil industri dari paduan bahan baku: batu
gamping/kapur sebagai bahan utama, yaitu bahan alam yang mengandung
senyawa Calcium Oksida (CaO), dan lempung/tanah liat yaitu bahan alam yang
mengandung senyawa: Silika Oksida (SiO2), Alumunium Oksida (Al2O3), Besi
Oksida (Fe2O3) dan Magnesium Oksida (MgO) atau bahan pengganti lainnya
dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk (bulk), tanpa memandang
proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan
air.
Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh,
sebagian untuk membentuk clinker nya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah
dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Fungsi utama dari semen
adalah untuk mengikat partikel agregat yang terpisah sehingga menjadi satu
kesatuan. Bahan dasar pembentuk semen adalah:
1. 3CaO.SiO2 (tricalcium silikat) 58% - 69%
2. 2CaO.SiO2 (dicalcium silikat) 8% - 15%
3. 3CaO.Al2O3 (tricalcium aluminate ) 2% - 15%
4. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (tetracalcium alummoferrit ) 6%-14%
Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran beton.
Kandungan semen hidraulis yang tinggi akan memberikan banyak keuntungan,
antara lain dapat membuat campuran mortar menjadi lebih kuat, lebih padat, lebih
Universitas Sumatera Utara
tahan air, lebih cepat mengeras, dan juga memberikan rekatan yang lebih baik.
Kerugiannya adalah dengan cepatnya campuran beton mengeras, maka dapat
menyebabkan susut kering yang lebih tinggi pula. Beton dengan kandungan
hidrolik rendah akan lebih lemah dan mudah dalam pergerakan.
2.4.2
Pasir
Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya digunakan untuk
mengisi bagian terbesar dari beton yang mana mengisi 75 % bagian dari beton.
Semakin besarnya ukuran agregat yang digunakan maka akan semakin
mengurangi jumlah semen yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi panas
yang timbul pada saat pencampuran air dan hubungan antara thermal stresses dan
shrinkage cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa
ukuran agregatnya lebih dari 40 mm dan untuk kekuatan diantara 30 MPa agregat
yang digunakan berukuran 20 mm.
2.4.3 Air
Air digunakan untuk membuat adukan menjadi bubur kental dan juga
sebagai bahan untuk menimbulkan reaksi pada bahan lain untuk dapat mengeras.
Air diperlukan pada pembuatan beton untuk memicu proses kimiawi semen,
membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Oleh
karena itu, air sangat dibutuhkan dalam pelaksanaan pengerjaan bahan. Nilai
banding berat air dan semen untuk suatu adukan beton dinamakan water cement
ratio (w.c.r ). Air yang dapat digunakan dalam proses pencampuran beton adalah
sebagai berikut [8]:
1. Air yang digunakan pada campuran beton haruslah bersih dan bebas
dari bahan-bahan yang merusak seperti mengandung oli, asam,
alkali, garam, bahan organik, atau bahan-bahan lainnya yang
merugikan terhadap beton.
2. Air pencampur yang digunakan pada beton prategang atau pada
beton yang di dalamnya tertanam logam aluminium, termasuk air
bebas yang terkandung dalam agregat, tidak boleh mengandung ion
klorida dalam jumlah yang membahayakan.
Universitas Sumatera Utara
2.4.4.
Bahan Pengembang
Bahan pengembang adalah material yang digunakan untuk menghasilkan
struktur berongga pada komposit yang dibentuk, agar material komposit
mengalami pengembangan volume. Caranya adalah mencampurkan bahan
pembentuk busa dan air dengan perbandingan 1:60.
2.4.5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Bahan penguat komposit yang digunakan ialah dari bahan TKKS yang
kemudian dibentuk menjadi ukuran halus dan dicampur dalam matriks. Ukuran
serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18 cm dan serat ini dihaluskan lagi
hingga mencapai ukuran 0,5-1 cm. Bahan-bahan penyusun TKKS dapat dilihat
pada tabel 2.1 [9].
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit.
No
Bahan-Bahan
Komposisi (%)
Kandungan
1.
Uap air
5.40
2.
Protein
3.00
3
Serat
35.00
4.
Minyak
3.00
5.
Kelarutan air
16.20
6.
Kelarutan unsur alkali1%
29.30
7.
Debu
5.00
8.
K
1,71
9.
Ca
0,14
10.
Mg
0,12
11.
P
0,06
12.
Mn, Zn, Cu, Fe
1,07
TOTAL
100,00
Universitas Sumatera Utara
Tandan kosong kelapa sawit segar dari hasil pabrik kelapa sawit
umumnya memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%,
sedangkan bagian lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,19%, selulose
44,14% dan hemiselulose 19,28%. Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan
limbah dari tandan kosong kelapa sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif
dan asam lemak yang sangat tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik
material yang dibentuk.
Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong kelapa sawit terlebih
dahulu direndam kedalam larutan NaOH 1% selama sehari, kemudian dicuci
dengan air bersih dan dikeringkan pada suhu kamar selama kurang lebih 3 hari.
Gambar serat TKKS yang telah dihaluskan dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4. Serat TKKS yang telah dihaluskan
2.5.
Material Komposit Polymeric Foam
Bahan komposit polymeric foam terdiri dari polyester resin tak jenuh dan
blowing agent. Blowing agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah: polyol
dan isocyanate. Sementara untuk mempercepat proses polimerisasi digunakan
katalis jenis Methyl Ethil Keton Perokside (MEKPO).
2.5.1. Polyester resin tak jenuh (BQTN 157-EX)
Polyester resin BQTN 157-EX merupakan polimer kondensat yang
terbentuk berdasarkan reaksi antara polyol yang merupakan organik gabungan
dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic , yang
mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah glycol,
Universitas Sumatera Utara
seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah
asam phthalic dan asam maleic. Adapun jenis polyester resin yang digunakan
dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.5.
Gambar 2.5. Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX
Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermoset yang memiliki
struktur rantai karbon yang panjang. Matrik yang berjenis ini memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukan.
Polyester tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukannya. Struktur bahan yang dihasilkan berbentuk
crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis
pembebanan statik dan impak.
Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang
dimiliki bahan dalam bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang
saling mengikat satu dengan lainnya mengakibatkan struktur molekulnya
menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan.
Data karakteristik mekanik bahan polyester resin tak jenuh seperti pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.
Sifat Mekanik
Satuan
Besaran
Kg.m-3
1,2 s/d1,5
Modulus young (E)
GPa
2 s/d 4,5
Kekuatan Tarik ( )
(MPa)
40 s/d 90
Berat Jenis ( )
Universitas Sumatera Utara
2.5.2. Blowing agent
Blowing agent adalah bahan yang digunakan untuk menghasilkan struktur
berongga pada komposit yang dibentuk. Jenis blowing agent yang digunakan
dalam penelitian ini adalah polyurethane. Bentuk polyol dan isocyanate yang
dipergunakan dalam penelitian ini diperlihatkan pada gambar 2.6.
Gambar 2.6. Blowing agent
Polyurethane adalah suatu jenis polimer yang mengandung jaringan
urethane yaitu -NH-CO-O-. Polyurethane dibentuk oleh reaksi senyawa isosianat
yang bereaksi dengan senyawa yang memiliki hydrogen aktif seperti diol (polyol),
yang mengandung group hydroksil dengan mempercepat reaksi yaitu katalis.
Unsur nitrogen yang bermuatan pada kelompok alkohol ( polyol) akan membentuk
ikatan urethane antara dua unit monomer dan menghasilkan dimer urethane.
Reaksi isosianat ini akan membentuk amina dan gas karbon dioksida (CO 2). Gas
ini yang kemudian akan membentuk busa pada bahan polimer yang terbentuk.
Bahan yang terbentuk dari campuran blowing agent dan polimer disebut dengan
bahan polymeric foam. Bahan polymeric foam banyak ditemukan sebagai busa
kaku dan fleksibel yang digunakan sebagai pelapis atau perekat bahan.
Berdasarkan sifat mekaniknya bahan ini memiliki 4 (empat) sifat penting
diantaranya:
1. Sifat Elastik
Sifat ini berhubungan dengan sifat kekakuan bahan yang terdiri dari
geometri, bentuk dan mikrostrukturnya.
2. Sifat Viskoelastik
Universitas Sumatera Utara
Sifat peredaman solid bahan, sifat ini merupakan efek dari bentuk
geometri bahan tersebut.
3. Sifat Akustik
Sifat ini berhubungan dengan sifat media yang dilewati oleh
perambatan suara akibat bentuk struktur yang berongga akan
memudahkan gelombang udara masuk kedalam bahan dan terserap atau
terperangkap sebagian besar kedalam struktur tersebut. Dengan
demikian suara yang keluar dan atau dipantulkan oleh bahan polymeric
foam akan mengalami pelemahan.
4. Sifat Viskoakustik
Sifat ini berhubungan dengan peredaman fluida yang dihubungkan
dengan geometri, bentuk mikrostruktur nya yang sama dengan sifat
elastiknya.
2.5.3. Katalis MEKPO
Katalis merupakan bahan kimia yang digunakan untuk mempercepat
proses reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan
atmosfir. Jenis katalis yang digunakan adalah jenis Methyl Ethyl Keton Peroksida
(MEKPO), seperti diperlihatkan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7. Katalis
Pemberian katalis dapat berfungsi untuk mengatur waktu pembentukan
gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau
Universitas Sumatera Utara
terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan
gelembung.
2.5.4. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Bahan penguat komposit yang digunakan ialah dari bahan TKKS yang
kemudian dibentuk menjadi ukuran halus dan dicampur dalam matriks. Ukuran
serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18cm dan serat ini dihaluskan lagi
hingga mencapai ukuran 0,5-1 cm.
2.6.
Karakteristik Mekanik Material
2.6.1. Pengujian Dinamik
Pengujian dinamik dilakukan untuk mendapatkan respon secara dinamik
material, dan pengujian ini dilakukan dengan pengujian impak jatuh bebas
kecepatan tinggi.
2.6.2. Pengujian Impak Jatuh Bebas
Pengujian impak jatuh bebas diperumpamakan sebagai sebuah benda jatuh
bebas dari keadaan mula berhenti mengalami pertambahan kecepatan selama
benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh kebumi dari ketinggian tertentu relatif kecil
dibandingkan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan
kebawah dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan
benda berkurang dengan harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan keatas.
Kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan
keatasnya seragam.
Untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik akan diperoleh
harga pendekatan sebagaimana terlihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3. Waktu dan kecepatan benda jatuh
Waktu t
(s)
Kecepatan
V (m/s)
0
1
2
3
4
5
0
9,8
19,6
29,4
39,2
49
Universitas Sumatera Utara
Perbandingan waktu dengan kecepatan seperti terlihat pada grafik v-t
seperti ditunjukkan pada gambar 2.8. Yang merupakan sebuah garis lurus
sehingga percepatan seragam.
Gambar 2.8. Grafik hubungan v – t
Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung
dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan
diganti dengan percepatan gravitasi (g) yaitu:
1. Untuk gerakan kebawah a = + g
2. Untuk gerakan keatas a = - g
Percepatan gravitasi (g) dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan
arah tegak kebawah menuju kepusat bumi.
Definisi perpindahan adalah perubahan kedudukan, hal ini merupakan
besaran vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan
kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup
jarak, arah dan waktu.
Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan
konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang
sama dalam selang waktu yang sama secara berturut-turut tanpa peduli berapa
selisih selang waktu tersebut.
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami
perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama secara berturutturut tanpa peduli berapa selisih selang waktu tersebut, seperti ditunjukkan pada
persamaan (2.1).
( V0 + V ) =
S=
................................................ (2.1)
( V0 + V )t ............................................... (2.2)
Dimana V0 adalah kecepatan awal, V kecepatan akhir, t waktu dan s
perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu. Maka persamaan (2.3).
perbandingan antara kecepatan dan waktu.
= a ...........................................................(2.3)
V = V0
+
v = v0t +
t ................................................(2.4)
a t2 ...............................................(2.5)
v2 = v0 + 2 as ..................................................(2.6)
Dari persamaan (3), bila V0 = 0, Maka untuk v diperoleh seperti
ditunjukkan pada persamaan (2.7).
Bila a = g, dan s = H,
�=√
......................................................(2.7)
�=√
.......................................................(2.8)
Maka :
Maka persamaan (8) adalah kecepatan benda jatuh bebas tergantung pada
jarak atau tinggi benda jatuh dari pusat bumi, ketika sebuah benda padat jatuh
dengan kecapatan sedang, dapat dianggap benda mengalami percepatan gravitasi
seragam, untuk pengertian umum para ilmuan mengambil harga percepatan
gravitiasi g = 9,81 m/s2.
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Bahan Komposit
Komposit dalam bahasa inggris berasal dari kata kerja “to compose“ yang
berarti menyusun atau menggabung. Material komposit adalah material yang
terbuat dari dua bahan atau lebih yang tetap terpisah dan berbeda dalam level
makroskopik selagi membentuk komponen tunggal. Jadi secara sederhana bahan
komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan.
Komposit adalah gabungan dua material atau lebih yang digabung secara
makroskopik untuk menghasilkan suatu material baru. Artinya penggabungan
sifat-sifat unggul dari pembentuk masih terlihat nyata [1].
Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat, hal ini
dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang
akan dihasilkan. Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah
tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang
bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap
sifat-sifat unsur bahan penyusunnya.
Komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik) dan suatu jenis
penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan
kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat ( fibre). Material
komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk
mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya
[2].
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang
lebih ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan
ketahanan aus [3]. Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu: (1).
Matriks dan (2). Penguat (reinforcement). Hal ini dapat diilustrasikan
pada
gambar 2.1.
Universitas Sumatera Utara
Matriks
+
Komposit
Penguat/serat
Gambar 2.1. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit
Keterangan gambar:
1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat.
2. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
3. Komposit merupakan gabungan dua atau lebih bahan yang terpisah.
Komposit dikenal sebagai bahan teknologi karena diperoleh dari hasil
teknologi pemrosesan bahan. Kemajuan teknologi pemprosesan bahan dewasa ini
telah menghasilkan bahan teknik yang dikenal sebagai bahan komposit.
.
Ada tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu:
1.
Material
pembentuk
sifat-sifat
intrinsik
material
pembentuk
memegang peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat
kompositnya.
2.
Susunan struktural komponen dimana bentuk serta orientasi dan
ukuran tiap-tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya
merupakan
faktor
penting
yang
memberi
kontribusi
dalam
penampilan komposit secara keseluruhan.
3.
Interaksi antar komponen karena komposit merupakan penggabungan
beberapa komponen yang berbeda, baik dalam hal bahannya maupun
bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti akan berbeda.
Sifat bahan komposit sangat dipengaruhi oleh sifat dan distribusi unsur
penyusun, serta interaksi antara keduanya. Parameter penting lain yang mungkin
mempengaruhi sifat bahan komposit adalah bentuk, ukuran, orientasi dan
distribusi dari penguat (filler ) dan berbagai ciri-ciri dari matriks [4]. Sifat mekanik
merupakan salah satu sifat bahan komposit yang sangat penting untuk dipelajari.
Untuk aplikasi struktur, sifat mekanik ditentukan oleh pemilihan bahan. Sifat
mekanik bahan komposit bergantung pada sifat bahan penyusunnya.
Peran utama dalam komposit berpenguat serat adalah untuk memindahkan
tegangan (stress) antara serat, memberikan ketahanan terhadap lingkungan yang
Universitas Sumatera Utara
merugikan dan menjaga permukaan serat dari efek mekanik dan kimia. Sementara
kontribusi serat sebagian besar berpengaruh pada kekuatan tarik ( tensil estrength)
bahan komposit [5].
Secara umum serat yang sering digunakan sebagai penguat (filler) adalah
serat buatan seperti serat gelas, karbon, dan grafit. Serat buatan ini memiliki
keunggulan tetapi biayanya tinggi jika dibandingkan dengan serat dari alam.
Pemakaian serat alam yaitu serat tandan kosong kelapa sawit sebagai pengganti
serat buatan akan menurunkan biaya produksi. Hal ini dapat dicapai karena
murahnya biaya yang diperlukan bagi pengolahan serat alam dibandingkan
dengan serat buatan. Walaupun sifat-sifatnya kalah dari segi keunggulan dengan
serat buatan, tetapi harus diingat bahwa serat alam lebih murah dalam hal biaya
produksi dan dapat terus diperbaharui.
2.1.1. Klasifikasi Material Komposit
Berdasarkan pada matrik penyusunnya komposit terdiri dari beberapa jenis
material komposit, yaitu:
1. Metal Matrix Composite (MMC)
Terdiri dari matrik logam seperti aluminium, timbal, tungsteen, molib
denum, magnesium, besi, kobalt, tembaga dan keramik.
2. Ceramic Matrix Composite (CMC)
Terdiri dari matrik keramik dan serat dari bahan lainnya.
3. Polymers Matrix Composite
Terdiri dari matrik termoset seperti polyester tidak jenuh dan epoxiy
atau termo plastik seperti Polycarbonate, polivinil klorida , nylon,
polysterene dan kaca, karbon, baja, serbuk kayu atau serat kevlar .
4. Concrete Matrix Composite (CMC)
Terdiri dari matrik beton ditambah beberapa matrik material serbuk
filler, pozolanic, serbuk/ serat kayu, serat bambu, stereofoam, baja,
sebuk kertas, dan batu apung.
Universitas Sumatera Utara
2.1.2. Teknik Pembuatan Material Komposit
Pembuatan
material
komposit
pada
umumnya
tidak
melibatkan
penggunaan suhu dan tekanan yang tinggi. Penggabungan material matriks dan
penguat dilakukan dengan proses pengadukan. Proses pengadukan ini dilakukan
dengan selang waktu tertentu sebelum terjadi pengerasan material komposit.
Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung
Pada metode penuangan secara langsung dilakukan dengan cara
melekatkan atau menyentuhkan material-material penyusun pada
cetakan terbuka dan dengan perlahan-lahan diratakan dengan
menggunakan roda perata atau dengan pemberian tekanan dari luar.
Metode ini cocok untuk jenis serat kontiniu.
2. Metode pemampatan atau tekanan
Pada metode pemampatan atau dengan menggunakan tekanan
ini menggunakan prinsip ekstrusi dengan pemberian tekanan pada
material bakunya yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini
umumnya berupa injeksi, mampatan atau semprotan. Material yang
cocok untuk jenis ini adalah penguat partikel.
3. Metode pemberian tekanan dan panas
Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan,
dimana metode ini menggunakan tekanan dengan pemberian panas
awal yang bertujuan untuk memudahkan material komposit mengisi
pada bagian-bagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat
kecil.
2.2.
Beton
Beton adalah suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan
menggabungkan yaitu semen, pasir, kerikil dan air untuk membuat campuran
tersebut menjadi keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi struktur
yang diinginkan. Kumpulan material tersebut terdiri dari agregat yang halus dan
kasar. Semen dan air berinteraksi secara kimiawi untuk mengikat partikel-partikel
agregat tersebut menjadi suatu massa padat [6].
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya beton terdiri dari ± 15 % semen, ± 8 % air, ± 3 % udara,
selebihnya pasir dan kerikil. Campuran tersebut setelah mengeras mempunyai
sifat yang berbeda-beda, tergantung pada cara pembuatannya. Perbandingan
campuran,
cara
pencampuran,
cara
mengangkut,
cara
mencetak,
cara
memadatkan, dan sebagainya akan mempengaruhi sifat-sifat beton.
Sifat beton meliputi: mudah diaduk, disalurkan, dicor, didapatkan dan
diselesaikan, tanpa menimbulkan pemisahan bahan susunan pada adukan dan
mutu beton yang disarankan oleh konstruksi tetap dipenuhi. Material beton
mempunyai beberapa keunggulan teknis jika dibanding dengan material
konstruksi lainnya. Bahan baku pembuatan beton, seperti semen, pasir dan koral
atau batu pecah, sangat mudah diperoleh.
Keunggulan lain yang dimiliki beton dibandingkan dengan material
lainnya adalah mempunyai kuat tekan dan stabilitas volume yang baik dan biaya
perawatannya relatif lebih murah. Selain itu, material beton lebih tahan terhadap
pengaruh lingkungan, tidak mudah terbakar, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi,
sehingga banyak digunakan sebagai pelindung struktur baja terhadap pengaruh
kebakaran pada bangunan gedung.
Sifat dan karakter mekanik beton secara umum:
1.
Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength ),
tetapi tidak begitu pada gaya tarik (low tensile strength ). Bahkan
kekuatan gaya tarik beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya
tekannya.
2.
Beton tidak mampu menahan gaya tegangan ( tension) yang tinggi,
karena elastisitasnya yang rendah.
3.
Konduktivitas termal beton relatif rendah.
Beton akan memberikan hasil akhir yang bagus jika pengolahan akhir
dilakukan dengan cara khusus umpamanya diekspose agregatnya (agregat yang
mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan dibagian luar, sehingga
nampak jelas pada permukaan betonnya). Dalam keadaan yang mengeras, beton
bagaikan batu karang dengan kekuatan tinggi. Dalam keadaan segar, beton dapat
diberi bermacam bentuk, sehingga dapat digunakan untuk membentuk seni
arsitektur atau semata-mata untuk tujuan dekoratif.
Universitas Sumatera Utara
Faktor–faktor yang membuat beton banyak digunakan karena memiliki
keunggulan–keunggulannya antara lain:
1. Kemudahan pengolahannya.
2. Material yang mudah didapat.
3. Kekuatan tekan tinggi.
4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari
kelebihannya.
Selain memiliki kunggulan-keunggulan seperti disebutkan diatas, beton
juga memiliki kekurangan seperti berikut:
1. Bentuk yang telah dibuat sulit diubah.
2. Pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi
3. Berat (bobotnya besar).
4. Daya pantul suara yang besar.
Sebagian besar bahan pembuat beton adalah bahan lokal (kecuali semen
portland atau bahan tambah kimia), sehingga sangat menguntungkan secara
ekomoni. Namun pembuatan beton akan menjadi mahal jika perencana tidak
memahami karakteristik bahan-bahan penyusun beton yang harus disesuaikan
dengan perilaku struktur yang akan dibuat.
2.2.1. Adukan Beton
Beton yang berasal dari pengadukan bahan-bahan penyusun agregat kasar
dan agregat halus kemudian diikat dengan semen yang bereaksi dengan air
sebagai bahan perekat, harus dicampur dan diaduk dengan benar dan merata agar
dapat dicapai mutu beton yang baik. Pada umumnya pengadukan bahan beton
dilakukan menggunakan mesin pengaduk kecuali jika hanya untuk mendapatkan
beton mutu rendah pengadukan dapat dilakukan tanpa menggunakan mesin
pengaduk.
Kekentalan adukan beton harus diawasi dan dikendalikan dengan cara
memeriksa kemerosotan (slump) pada setiap adukan beton baru. Nilai slump
Universitas Sumatera Utara
digunakan sebagai petunjuk ketepatan jumlah pemakaian air dalam hubungannya
dengan faktor air semen yang ingin dicapai.
Waktu pengadukan lamanya tergantung pada kapasitas isi mesin
pengaduk, jumlah adukan, jenis serta susunan butir bahan penyusun, dan slump
beton, pada umumnya tidak kurang dari 1,50 menit dimulai semenjak
pengadukan, dan hasil umumnya menunjukkan susunan dan warna merata. Sesuai
dengan tingkat mutu beton yang dihasilkan memberikan:
1.Keenceran dan kekentalan adukan yang memungkinkan pengerjaan
beton (penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah kedalam adukan
tanpa menimbulkan kemungkinan terjadinya segregation atau pemisahan
agregat.
2.Ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosif, dan
lain-lain).
3.Memenuhi uji kuat yang hendak dipakai. Beton diklarifikasikan menjadi
dua jenis, yaitu beton normal dan beton ringan. Beton normal adalah
beton yang memiliki densitas
–
beton ringan adalah beton yang memiliki densitas kurang dari
. Beton ringan juga terbagi dalam dua jenis, yaitu:
a. Beton ringan berpori
Beton ringan berpori adalah beton yang dibuat agar strukturnya terdapat
banyak pori. Pori–pori yang timbul adalah akibat dari reaksi hidratasi
dimana semen akan menimbulkan panas (reaksi eksotermal) sehingga
menimbulkan gelembung–gelembung gas H2O dan CO2 yang nantinya
menimbulkan jejak pori dalam beton yang sudah mengeras. Semakin
banyak gas yang dihasilkan akan semakin banyak pori yang terbentuk
dan beton akan semakin ringan.
b. Beton ringan tidak berpori
Pada beton jenis tidak memiliki pori melainkan digantikan dengan
agregat ringan yang ditambahkan pada saat pembuatannya. Agregat yang
sering digunakan adalah batu apung, serat sintesis dan alami, slag baja,
perlite dan lain-lain.
Universitas Sumatera Utara
2.3.
Speed B ump (Pembatas kecepatan kendaraan)
Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) adalah bagian jalan yang
ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang dijalan
untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar meningkatkan
keselamatan bagi pengguna jalan. Gambar Speed bump (Pembatas kecepatan
kendaraan) diperlihatkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Speed Bump
Speed Bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar
terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Untuk meningkatkan
keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggianya diatur dan apabila
melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih
dahulu mengenai adanya speed bump, khususnya pada malam hari, maka speed
bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau
kuning yang kontras sebagai pertanda [7].
Ukuran Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) sudah diatur dalam
Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 3 Tahun 1994 tentang alat
pengendali dan pengaman pemakai jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi
maksimum Pembatas kecepatan kendaraan adalah 12 cm dan sudut kemiringan
15% (13,50). Speed bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih
agar terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas.
Speed bump akan bermanfaat jika ditempatkan dan didesain sesuai dengan
aturan misalkan dijalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai
kelas jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan
pekerjaan konstruksi. Kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya
tidak boleh lebih dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan
kondisi diatas maka akan bermanfaat.
Universitas Sumatera Utara
Speed bump yang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan,
tapi juga membahayakan sipengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak
sesuai mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar.
Speed bump ditempatkan pada:
1. Jalan di lingkungan pemukiman
2. Jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC
3. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi
Berikut ini gambar desain standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan)
yang sesuai ketentuan pemerintah pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. Desain Standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan)
Universitas Sumatera Utara
2.4.
Material Komposit Concrete Foam
Pada komposit concrete Foam, materialnya terdiri dari semen, pasir, air,
blowing agent,dan serat TKKS. Blowing Agent yang digunakan dalam penelitian
ini adalah surfaktan.
2.4.1. Semen
Kata semen berasal dari caementum (Bahasa Latin), yang artinya
“memotong menjadi bagian-bagian kecil tidak beraturan”. Semen adalah zat yang
digunakan untuk merekat batu, bata, batako maupun bahan bangunan lainnya.
Material semen adalah material yang mempunyai sifat-sifat adhesif dan kohesif
yang diperlukan untuk mengikat agregat-agregat menjadi suatu massa yang
padat dan mempunyai kekuatan yang cukup.
Semen
merupakan
hasil industri dari paduan bahan baku: batu
gamping/kapur sebagai bahan utama, yaitu bahan alam yang mengandung
senyawa Calcium Oksida (CaO), dan lempung/tanah liat yaitu bahan alam yang
mengandung senyawa: Silika Oksida (SiO2), Alumunium Oksida (Al2O3), Besi
Oksida (Fe2O3) dan Magnesium Oksida (MgO) atau bahan pengganti lainnya
dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk (bulk), tanpa memandang
proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan
air.
Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh,
sebagian untuk membentuk clinker nya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah
dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Fungsi utama dari semen
adalah untuk mengikat partikel agregat yang terpisah sehingga menjadi satu
kesatuan. Bahan dasar pembentuk semen adalah:
1. 3CaO.SiO2 (tricalcium silikat) 58% - 69%
2. 2CaO.SiO2 (dicalcium silikat) 8% - 15%
3. 3CaO.Al2O3 (tricalcium aluminate ) 2% - 15%
4. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (tetracalcium alummoferrit ) 6%-14%
Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran beton.
Kandungan semen hidraulis yang tinggi akan memberikan banyak keuntungan,
antara lain dapat membuat campuran mortar menjadi lebih kuat, lebih padat, lebih
Universitas Sumatera Utara
tahan air, lebih cepat mengeras, dan juga memberikan rekatan yang lebih baik.
Kerugiannya adalah dengan cepatnya campuran beton mengeras, maka dapat
menyebabkan susut kering yang lebih tinggi pula. Beton dengan kandungan
hidrolik rendah akan lebih lemah dan mudah dalam pergerakan.
2.4.2
Pasir
Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya digunakan untuk
mengisi bagian terbesar dari beton yang mana mengisi 75 % bagian dari beton.
Semakin besarnya ukuran agregat yang digunakan maka akan semakin
mengurangi jumlah semen yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi panas
yang timbul pada saat pencampuran air dan hubungan antara thermal stresses dan
shrinkage cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa
ukuran agregatnya lebih dari 40 mm dan untuk kekuatan diantara 30 MPa agregat
yang digunakan berukuran 20 mm.
2.4.3 Air
Air digunakan untuk membuat adukan menjadi bubur kental dan juga
sebagai bahan untuk menimbulkan reaksi pada bahan lain untuk dapat mengeras.
Air diperlukan pada pembuatan beton untuk memicu proses kimiawi semen,
membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Oleh
karena itu, air sangat dibutuhkan dalam pelaksanaan pengerjaan bahan. Nilai
banding berat air dan semen untuk suatu adukan beton dinamakan water cement
ratio (w.c.r ). Air yang dapat digunakan dalam proses pencampuran beton adalah
sebagai berikut [8]:
1. Air yang digunakan pada campuran beton haruslah bersih dan bebas
dari bahan-bahan yang merusak seperti mengandung oli, asam,
alkali, garam, bahan organik, atau bahan-bahan lainnya yang
merugikan terhadap beton.
2. Air pencampur yang digunakan pada beton prategang atau pada
beton yang di dalamnya tertanam logam aluminium, termasuk air
bebas yang terkandung dalam agregat, tidak boleh mengandung ion
klorida dalam jumlah yang membahayakan.
Universitas Sumatera Utara
2.4.4.
Bahan Pengembang
Bahan pengembang adalah material yang digunakan untuk menghasilkan
struktur berongga pada komposit yang dibentuk, agar material komposit
mengalami pengembangan volume. Caranya adalah mencampurkan bahan
pembentuk busa dan air dengan perbandingan 1:60.
2.4.5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Bahan penguat komposit yang digunakan ialah dari bahan TKKS yang
kemudian dibentuk menjadi ukuran halus dan dicampur dalam matriks. Ukuran
serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18 cm dan serat ini dihaluskan lagi
hingga mencapai ukuran 0,5-1 cm. Bahan-bahan penyusun TKKS dapat dilihat
pada tabel 2.1 [9].
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit.
No
Bahan-Bahan
Komposisi (%)
Kandungan
1.
Uap air
5.40
2.
Protein
3.00
3
Serat
35.00
4.
Minyak
3.00
5.
Kelarutan air
16.20
6.
Kelarutan unsur alkali1%
29.30
7.
Debu
5.00
8.
K
1,71
9.
Ca
0,14
10.
Mg
0,12
11.
P
0,06
12.
Mn, Zn, Cu, Fe
1,07
TOTAL
100,00
Universitas Sumatera Utara
Tandan kosong kelapa sawit segar dari hasil pabrik kelapa sawit
umumnya memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%,
sedangkan bagian lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,19%, selulose
44,14% dan hemiselulose 19,28%. Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan
limbah dari tandan kosong kelapa sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif
dan asam lemak yang sangat tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik
material yang dibentuk.
Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong kelapa sawit terlebih
dahulu direndam kedalam larutan NaOH 1% selama sehari, kemudian dicuci
dengan air bersih dan dikeringkan pada suhu kamar selama kurang lebih 3 hari.
Gambar serat TKKS yang telah dihaluskan dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4. Serat TKKS yang telah dihaluskan
2.5.
Material Komposit Polymeric Foam
Bahan komposit polymeric foam terdiri dari polyester resin tak jenuh dan
blowing agent. Blowing agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah: polyol
dan isocyanate. Sementara untuk mempercepat proses polimerisasi digunakan
katalis jenis Methyl Ethil Keton Perokside (MEKPO).
2.5.1. Polyester resin tak jenuh (BQTN 157-EX)
Polyester resin BQTN 157-EX merupakan polimer kondensat yang
terbentuk berdasarkan reaksi antara polyol yang merupakan organik gabungan
dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic , yang
mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah glycol,
Universitas Sumatera Utara
seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah
asam phthalic dan asam maleic. Adapun jenis polyester resin yang digunakan
dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.5.
Gambar 2.5. Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX
Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermoset yang memiliki
struktur rantai karbon yang panjang. Matrik yang berjenis ini memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukan.
Polyester tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukannya. Struktur bahan yang dihasilkan berbentuk
crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis
pembebanan statik dan impak.
Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang
dimiliki bahan dalam bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang
saling mengikat satu dengan lainnya mengakibatkan struktur molekulnya
menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan.
Data karakteristik mekanik bahan polyester resin tak jenuh seperti pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.
Sifat Mekanik
Satuan
Besaran
Kg.m-3
1,2 s/d1,5
Modulus young (E)
GPa
2 s/d 4,5
Kekuatan Tarik ( )
(MPa)
40 s/d 90
Berat Jenis ( )
Universitas Sumatera Utara
2.5.2. Blowing agent
Blowing agent adalah bahan yang digunakan untuk menghasilkan struktur
berongga pada komposit yang dibentuk. Jenis blowing agent yang digunakan
dalam penelitian ini adalah polyurethane. Bentuk polyol dan isocyanate yang
dipergunakan dalam penelitian ini diperlihatkan pada gambar 2.6.
Gambar 2.6. Blowing agent
Polyurethane adalah suatu jenis polimer yang mengandung jaringan
urethane yaitu -NH-CO-O-. Polyurethane dibentuk oleh reaksi senyawa isosianat
yang bereaksi dengan senyawa yang memiliki hydrogen aktif seperti diol (polyol),
yang mengandung group hydroksil dengan mempercepat reaksi yaitu katalis.
Unsur nitrogen yang bermuatan pada kelompok alkohol ( polyol) akan membentuk
ikatan urethane antara dua unit monomer dan menghasilkan dimer urethane.
Reaksi isosianat ini akan membentuk amina dan gas karbon dioksida (CO 2). Gas
ini yang kemudian akan membentuk busa pada bahan polimer yang terbentuk.
Bahan yang terbentuk dari campuran blowing agent dan polimer disebut dengan
bahan polymeric foam. Bahan polymeric foam banyak ditemukan sebagai busa
kaku dan fleksibel yang digunakan sebagai pelapis atau perekat bahan.
Berdasarkan sifat mekaniknya bahan ini memiliki 4 (empat) sifat penting
diantaranya:
1. Sifat Elastik
Sifat ini berhubungan dengan sifat kekakuan bahan yang terdiri dari
geometri, bentuk dan mikrostrukturnya.
2. Sifat Viskoelastik
Universitas Sumatera Utara
Sifat peredaman solid bahan, sifat ini merupakan efek dari bentuk
geometri bahan tersebut.
3. Sifat Akustik
Sifat ini berhubungan dengan sifat media yang dilewati oleh
perambatan suara akibat bentuk struktur yang berongga akan
memudahkan gelombang udara masuk kedalam bahan dan terserap atau
terperangkap sebagian besar kedalam struktur tersebut. Dengan
demikian suara yang keluar dan atau dipantulkan oleh bahan polymeric
foam akan mengalami pelemahan.
4. Sifat Viskoakustik
Sifat ini berhubungan dengan peredaman fluida yang dihubungkan
dengan geometri, bentuk mikrostruktur nya yang sama dengan sifat
elastiknya.
2.5.3. Katalis MEKPO
Katalis merupakan bahan kimia yang digunakan untuk mempercepat
proses reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan
atmosfir. Jenis katalis yang digunakan adalah jenis Methyl Ethyl Keton Peroksida
(MEKPO), seperti diperlihatkan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7. Katalis
Pemberian katalis dapat berfungsi untuk mengatur waktu pembentukan
gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau
Universitas Sumatera Utara
terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan
gelembung.
2.5.4. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Bahan penguat komposit yang digunakan ialah dari bahan TKKS yang
kemudian dibentuk menjadi ukuran halus dan dicampur dalam matriks. Ukuran
serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18cm dan serat ini dihaluskan lagi
hingga mencapai ukuran 0,5-1 cm.
2.6.
Karakteristik Mekanik Material
2.6.1. Pengujian Dinamik
Pengujian dinamik dilakukan untuk mendapatkan respon secara dinamik
material, dan pengujian ini dilakukan dengan pengujian impak jatuh bebas
kecepatan tinggi.
2.6.2. Pengujian Impak Jatuh Bebas
Pengujian impak jatuh bebas diperumpamakan sebagai sebuah benda jatuh
bebas dari keadaan mula berhenti mengalami pertambahan kecepatan selama
benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh kebumi dari ketinggian tertentu relatif kecil
dibandingkan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan
kebawah dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan
benda berkurang dengan harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan keatas.
Kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan
keatasnya seragam.
Untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik akan diperoleh
harga pendekatan sebagaimana terlihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3. Waktu dan kecepatan benda jatuh
Waktu t
(s)
Kecepatan
V (m/s)
0
1
2
3
4
5
0
9,8
19,6
29,4
39,2
49
Universitas Sumatera Utara
Perbandingan waktu dengan kecepatan seperti terlihat pada grafik v-t
seperti ditunjukkan pada gambar 2.8. Yang merupakan sebuah garis lurus
sehingga percepatan seragam.
Gambar 2.8. Grafik hubungan v – t
Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung
dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan
diganti dengan percepatan gravitasi (g) yaitu:
1. Untuk gerakan kebawah a = + g
2. Untuk gerakan keatas a = - g
Percepatan gravitasi (g) dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan
arah tegak kebawah menuju kepusat bumi.
Definisi perpindahan adalah perubahan kedudukan, hal ini merupakan
besaran vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan
kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup
jarak, arah dan waktu.
Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan
konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang
sama dalam selang waktu yang sama secara berturut-turut tanpa peduli berapa
selisih selang waktu tersebut.
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami
perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama secara berturutturut tanpa peduli berapa selisih selang waktu tersebut, seperti ditunjukkan pada
persamaan (2.1).
( V0 + V ) =
S=
................................................ (2.1)
( V0 + V )t ............................................... (2.2)
Dimana V0 adalah kecepatan awal, V kecepatan akhir, t waktu dan s
perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu. Maka persamaan (2.3).
perbandingan antara kecepatan dan waktu.
= a ...........................................................(2.3)
V = V0
+
v = v0t +
t ................................................(2.4)
a t2 ...............................................(2.5)
v2 = v0 + 2 as ..................................................(2.6)
Dari persamaan (3), bila V0 = 0, Maka untuk v diperoleh seperti
ditunjukkan pada persamaan (2.7).
Bila a = g, dan s = H,
�=√
......................................................(2.7)
�=√
.......................................................(2.8)
Maka :
Maka persamaan (8) adalah kecepatan benda jatuh bebas tergantung pada
jarak atau tinggi benda jatuh dari pusat bumi, ketika sebuah benda padat jatuh
dengan kecapatan sedang, dapat dianggap benda mengalami percepatan gravitasi
seragam, untuk pengertian umum para ilmuan mengambil harga percepatan
gravitiasi g = 9,81 m/s2.
Universitas Sumatera Utara