DESAIN BENTUK DAN ANALISIS STRUKTUR BATAKO BAHAN KOMPOSIT BUSA BETON (CONCRETE FOAM) TERHADAP BEBAN IMPAK JATUH BEBAS MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS WORKBENCH 14.5 SKRIPSI

  

DESAIN BENTUK DAN ANALISIS STRUKTUR BATAKO

BAHAN KOMPOSIT BUSA BETON (CONCRETE FOAM)

TERHADAP BEBAN IMPAK JATUH BEBAS

MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS WORKBENCH 14.5

SKRIPSI

  

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

EKY ANDRIANTA PINEM

  

NIM.090401033

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2015

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan YME yang memberikan limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan sebaik mungkin.

  Skripsi ini berjudul “DESAIN DAN ANALISIS STRUKTUR BATAKO

  

BAHAN KOMPOSIT BUSA BETON (CONCRETE FOAM) TERHADAP

BEBAN IMPAK JATUH BEBAS MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS

WORKBENCH 14,5”. Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan

  pendidikan Strata-1 (S1) pada, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  Proses penyusunan skripsi dari awal hingga selesai yang penulis lakukan dapat terlaksana berkat bantuan dan dukungan dari semua pihak. Untuk itulah, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam dan setulusnya kepada:

  1. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan rasa cinta dan kasih sayangnya yang sangat besar kepada penulis sehingga pengerjaan skripsi dapat berjalan dengan baik.

  2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME. selaku dosen pembimbing penulis yang telah meluangkan waktu untuk memberikan arahan dan bimbingan ilmu kepada penulis.

  3. Bapak Dr -Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

  4. Bapak Ir. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

  5. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang telah membimbing, membantu, dan mengajari penulis selama kuliah di Departemen Teknik Mesin.

  6. Kawan-kawan stambuk 2009 dan 2010 terutama Frans Dinata, Adi Surya, Andri Setiawan, Irvin, Gunawan, Suwandy, Randy Brayn, Ilham, Rozy, Aldi, Feby, Suhandika, Afrinedi dan teman-teman mahasiswa Mesin USU, kemudian juga abangda Ade Irwan yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini.

  7. Seluruh pihak yang banyak membantu penulis dalam pengerjaan skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu demi satu.

  Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan ilmu bagi penulis dan bagi masyarakat pada umumnya. Penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran yang membangun dari pembaca.

  Medan, Januari 2015 Eky Andrianta Pinem

  090401033

  ABSTRAK

  Batako dikenal sebagai salah satu jenis produk yang sering digunakan dalam mendirikan sebuah bangunan yang terbuat dari campuran beberapa material. Jumlah material yang digunakan sangat berpengaruh terhadap kualitas dari batako itu sendiri. Penelitian ini berfokus pada simulasi pada bentuk profil batako dari material concrete foam yang diperkuat serat TKKS agar diperoleh bentuk yang sesuai dengan standart yang telah dipergunakan. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis respon mekanik produk batako dari bahan Concrete Foam diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Metode penelitian yang dilakukan adalah metode penelitian numerik dengan menggunakan software Ansys

  

Workbench 14,5 dengan memasukkan data yang telah diperoleh sebelumnya dari

  penelitian eksperimental pengujian impak jatuh bebas pada batako. Dimensi batako 600×200×100 mm. Dari hasil simulasi didapat hasil tegangan maksimum secara berturut pada batako pejal dan batako berlubang adalah 0,14242 MPa dan 0,75011 MPa. Sehingga desain batako paling baik untuk material concrete foam yang diperkuat dengan serat tkks adalah batako pejal atau padat dengan tegangan maksimum sebesar 0,14242 MPa. Dengan membandingkan tegangan yang terjadi pada hasil simulasi dan hasil eksperimental uji impak jatuh bebas sisi bawah pada ketinggian 0,5 m diperoleh tegangan hasil simulasi 0,0035428 MPa dan hasil eksperimental 0,0036 MPa maka diperoleh selisih 0,000572 MPa atau berbeda 1,58%. Pada ketinggian 1 m diperoleh tegangan hasil simulasi 0,006684 dan hasil eksperimental 0,0058 MPa maka diperoleh selisih 0,0058 MPa atau berbeda 15,24%. Dan pada ketinggian 1,5 m diperoleh tegangan hasil simulasi 0,0084701 MPa dan hasil eksperimental 0,0076 MPa maka diperoleh selisih 0,0008701 MPa atau berbeda 11,44 %.

  Kata kunci: Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), batako , Beban Impak Jatuh Bebas, Concrete Foam

  ABSTRACT

  Brick making is known as one of the types of products that are frequently used in setting up a building made from a mixture of several materials. The amount of material being used is very influential to the quality of the brick making itself. This research focuses on the simulation on hollow brick profile form from material of fibre-reinforced foam concrete TKKS to retrieved form which corresponds to the standard that has been used. The methods that used in this research are the research methods which performed numerically using software Ansys Workbench 14.5 by entering the data that has been obtained beforehand from experimental studies testing the impact falling on hollow brick. The dimensions of the brick making 600×200×100 mm. From the results of the simulation obtained the maximum stress results in successive on hollow brick and hollow brick making is pejal 0.14242 MPa and 0.75011 MPa. So it is best to design the brick making materials foam concrete reinforced with fiber tkks is pejal or solid brick making with maximum stress of 0.14242 MPa. By comparing the stress that occurs on the results of simulation and experimental test results impact free fall down side at a height of 0.5 m stress simulation results obtained 0.0035428 MPa and 0.0036 experimental results obtained difference 0.000572 MPa or different 1.58%. At an elevation of 1 m stress simulation results obtained 0.006684 MPa and 0.0058 experimental results obtained difference 0.0058 MPa MPa or different 15.24%. And at a height of 1.5 m stress simulation results obtained 0.0084701 MPa and 0.0076 experimental results obtained difference 0,0008701 MPa or different 11.44%.

  Keywords: Empty Palm bunches of Fibres (TKKS), brick making, the burden of the impact of the Falling Concrete, Foam

  

DAFTAR ISI

  Halaman

  KATA PENGANTAR ....................................................................................... vi DAFTAR ISI ..................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ............................................................................................ x DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi

  BAB 1 PENDAHULUAN ................................................................................. 1

  1.1. Latar Belakang........................................... ........................................ 1

  1.2. Rumusan Masalah ............................................................................... 2

  1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................ 3

  1.3.1. Tujuan Umum ........................................................................... 3

  1.3.2. Tujuan Khusus .......................................................................... 3

  1.4. Batasan Masalah ................................................................................. 3

  1.5. Manfaat Penelitian .............................................................................. 3

  1.6. Sistematika Penulisan ......................................................................... 4

  BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 5

  2.1. Pengertian Bahan Komposit ............................................................... 5

  2.1.1. Teknik Pembuatan Material Komposit ..................................... 7

  2.2. Batako ................................................................................................. 8

  2.2.1. Jenis batako ...................................................................................... 8

  2.3. Batako komposit ................................................................................. 10

  2.4. Pengujian Impak Jatuh Bebas ............................................................. 12

  2.4.1. Persamaan Gerak Lurus ............................................................ 13

  2.4.2. Teori Momentum dan Impuls ................................................... 15

  2.4.3. Gaya dan Energi Impak ............................................................ 16

  2.4.4. Tegangan .................................................................................. 17

  2.4.5.Teori Regangan Normal Maksimum ......................................... 19

  2.4.6. Teori Tegangan Geser Maksimum ........................................... 20

  2.5. Simulasi Numerik ............................................................................... 20

  BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN .......................................................... 22

  3.1. Tempat dan Waktu .............................................................................. 22

  3.1.1. Tempat ..................................................................................... 22

  3.1.2. Waktu....................................................................................... 22

  3.2. Desain Batako ..................................................................................... 22

  3.3. Parameter Simulasi ............................................................................. 23

  3.4. Simulasi komputer impak jatuh bebas ................................................ 23

  3.5. Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 29

  BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 30

  4.1. Pendahuluan ........................................................................................ 30

  4.2. Simulasi Impak Menggunakan Ansys Workbench 14.5 .................... 31

  4.2.1. Simulasi pembebanan statik batako pejal ................................... 31

  4.2.2. Simulasi impak jatuh bebas terhadap batako berlubang ............. 36

  4.3. Simulasi tegangan lentur pada anvil ..................................................... 39

  4.4. Simulasi Pembebanan Statik Ansys Workbench 14.5 .......................... 41

  4.3.1. Simulasi pembebanan statik pada batako pejal ........................... 41

  4.3.2. Simulasi pembebanan statik pada batako berlubang .................. 42

  4.5. Perbandingan Hasil Simulasi Ansys Workbench 14.5 dan Eksperimental Batako Pejal ................................................................. 42

  4.5.1. Perbandingan hasil simulasi dan eksperimental batako pejal pada ketinggian 0,5 m .............................................................. 43

  4.5.2. Perbandingan hasil simulasi dan eksperimental batako pejal pada ketinggian 1 m .................................................................. 44

  4.5.3. Perbandingan hasil simulasi dan eksperimental batako pejal pada ketinggian 1,5 m ............................................................... 45

  4.6. Data hasil pengujian jatuh bebas secara eksperimental ...................... 46

  4.6.1. Pengujian impak jatuh bebas dengan ketinggian 0,5m ............... 46

  4.6.2. Pengujian impak jatuh bebas dengan ketinggian 1m .................. 47

  4.6.3. Pengujian impak jatuh bebas dengan ketinggian 1,5m ............... 48

  BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 49

  5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 49

  5.2. Saran ................................................................................................... 49 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................

  LAMPIRAN......................................................................................................

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1. Klasifikasi batako pejal dan batako berlubang sebagai bahan bangunan dinding ....................……............................................

  10 Tabel 2.2. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh..............................................

  12 Tabel 3.1. Lokasi dan Aktifitas Penelitian .................................................... 22

Tabel 3.2. Parameter dalam Simulasi Ansys 14.5………………………...... 23Tabel 4.1. Perbandingan hasil analisa MEH batako dengan ansys dan eksperimental berdasarkan ketinggian..........................................

  35 Tabel 4.2. Perbandingan gaya impak analisa MEH batako dengan ansys dan eksperimental..........................................................................

  36 Tabel 4.3. Hasil analisa MEH batako berlubang dengan ansys berdasarkan ketinggian......................................................................................

  39 Tabel 4.4. Hasil gaya impak analisa MEH batako dengan ansys..................

  39 Tabel 4.5. Perbandingan hasil simulasi MEH batako dengan ansys dan eksperimental berdasarkan ketinggian...........................................

  41 Tabel 4.6. Perbandingan gaya hasil simulasi dan eksperimental batako pejal pada ketinggian 0,5 m...........................................................

  42 Tabel 4.7. Perbandingan gaya hasil simulasi dan eksperimental batako pejal pada ketinggian 1 m............................................................

  43 Tabel 4.8. Perbandingan gaya hasil simulasi dan eksperimental batako pejal pada ketinggian 1,5 m..........................................................

  44 Tabel 4.9. Hasil pengujian sisi bawah batako dengan impak jatuh bebas pada ketinggian 0,5 m..................................................................

  45 Tabel 4.10. Hasil pengujian sisi bawah batako dengan impak jatuh bebas pada ketinggian 1 m….................................................................. 46

Tabel 4.11. Hasil pengujian sisi bawah batako dengan impak jatuh bebas pada ketinggian 1,5 m................................................................... 47

  

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 2.1. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit….…. 6Gambar 2.2. Batako padat dan batako berlubang.......................................... 9Gambar 2.3. Grafik hubungan v – t………………………………………... 13Gambar 2.4. Diagram kecepatan – waktu .................................................... 14 Gambar 2.5. Elemen tegangan tiga dimensi.................................................

  17 Gambar 2.6. Lingkaran Mohr untuk kasus beban triaksial ..........................

  18 Gambar 2.7. Komponen – komponen regangan ×y dalam bidang ×y ..........

  19 Gambar 3.1. Dimensi spesimen batako berlubang dan batako pejal/padat... 23 Gambar 3.2. Geometry batako yang berhasil masuk ke ANSYS................

  25 Gambar 3.3. Posisi anvil terhadap batako..................................................

  26 Gambar 3.4. Mengubah nama geometri dan detail dari material.................. 27

Gambar 3.5. Mesh spesimen 3-dimensi........................................................ 27 Gambar 3.6. Pemberian Velocity.................................................................

  28 Gambar 3.7. Solusi yang akan dicari............................................................

  28 Gambar 3.8. Diagram alir penelitian............................................................. 29

Gambar 4.1. Hasil simulasi tegangan dan regangan uji impak jatuh bebas sisi bawah batako pejal dengan ketinggian 0.5 meter .............

  31 Gambar 4.2. Hasil section view pada simulasi impak jatuh bebas bagian tengah batako pejal dengan ketinggian 0,5 m .......................

  32 Gambar 4.3. Hasil simulasi tegangan dan regangan uji impak jatuh bebas sisi bawah batako pejal dengan ketinggian 1 meter ................

  33 Gambar 4.4. Hasil section view pada simulasi impak jatuh bebas bagian tengah batako pejal dengan ketinggian 1 m ..........................

  33 Gambar 4.5. Hasil simulasi tegangan dan regangan uji impak jatuh bebas sisi bawah batako pejal dengan ketinggian 1.5 meter .............

  34 Gambar 4.6. Hasil section view pada simulasi impak jatuh bebas bagian tengah batako pejal dengan ketinggian 1,5 m .......................

  35 Gambar 4.7. Hasil simulasi tegangan dan regangan uji impak jatuh bebas sisi bawah batako berlubang dengan ketinggian 0.5 m............

  36 Gambar 4.8. Hasil simulasi tegangan dan regangan uji impak jatuh bebas sisi bawah batako berlubang dengan ketinggian 1 m..............

  37 Gambar 4.9. Hasil simulasi tegangan dan regangan uji impak jatuh bebas sisi bawah batako berlubang dengan ketinggian 1.5 m............

  38 Gambar 4.10. Hasil simulasi tegangan dan regangan akibat uji impak jatuh bebas terhadap anvil dengan ketinggian 0.5 m.......................

  40 Gambar 4.10. Simulasi pembebanan statik pada batako pejal.......................

  41 Gambar 4.11. Simulasi pembebanan statik pada batako berlubang...............

  42 Gambar 4.12. Perbandingan grafik gaya vs waktu antara simulasi ansys dan eksperimental batako pejal dengan ketinggian 0,5 m.............

  43 Gambar 4.13. Perbandingan grafik gaya vs waktu antara simulasi ansys dan 44

  eksperimental batako pejal dengan ketinggian 1 m.................

Gambar 4.14. Perbandingan grafik gaya vs waktu antara simulasi ansys dan eksperimental batako pejal dengan ketinggian 1,5 m.............. 45Gambar 4.15. Grafik gabungan gaya vs waktu impak ketinggian 0.5 meter pada sisi bawah……………………………………………..... 46Gambar 4.16. Grafik gabungan gaya vs waktu impak ketinggian 1 meter pada sisi bawah………………………………………………

  47 Gambar 4.17. Grafik gabungan gaya vs waktu impak ketinggian 1.5 meter pada sisi bawah……………………………………………..... 48