Pembuatan Dan Karakterisasi Genteng Beton Yang Dibuat Dari Pulp Serat Daun Nenas-Semen Portland Pozolan

(1)

Deli Natalia Saragih : Pembuatan Dan Karakterisasi Genteng Beton Yang Dibuat Dari Pulp Serat Daun Nenas-Semen Portland Pozolan, 2007.

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG BETON YANG DIBUAT DARI PULP SERAT DAUN NENAS-SEMEN PORTLAND POZOLAN

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

DELI NATALIA SARAGIH 030801016

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PERSETUJUAN

Judul : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG

BETON YANG DIBUAT DARI PULP SERAT DAUN NENAS-SEMEN PORTLAND POZOLAN

Kategori : SKRIPSI

Nama : DELI NATALIA SARAGIH

Nomor induk Mahasiswa : 030801016

Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA

Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diluluskan di

Medan, Agustus 2007 Komisi Pembimbing :

Pembimbing 2 Pembimbing 1

Ir. Zainal Abidin Drs.Ferdinan Sinuhaji,M S NIP : 090014942 NIP : 131695908

(Peneliti Madya)

Diketahui/Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU

Ketua

(3)

PERNYATAAN

PEMBUATAN DAN KAREKTERISASI SIFAT MEKANIK GENTENG BETON YANG DIBUAT DARI PULP SERAT DAUN NENAS-SEMEN

PORTLAND POZOLAN

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya

Medan, Agustus 2007

(4)

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya karya ilmiah ini berhasil diselesaikan dalam waktu yang telah ditetapkan.

(5)

ABSTRAK

Tujuan penelitian ini adalah pemanfaatan serat daun nenas sebagai penguat dalam pembuatan genteng beton dan karekterisasinya. Kekuatan lentur yang optimal terjadi pada perbandingan semen : pulp serat : pasir adalah 1 : 0,15 : 0,5 yang fraksi volume serat 34,08 % pada tekanan cetak 25 ton force adalah 131,5 kg/cm2. Kuat pukul yang optimal didapatkan pada perbandingan semen : pulp serat : pasir adalah 1 : 0,3 : 0,5 pada fraksi volume 62,5 % pada tekanan cetak 30 ton force adalah 8,13 KJ/m2.

Daya serap air rata-rata yang yang baik didapatkan pada perbandingan semen : pulp serat : pasir adalah 1 : 0,1 : 0,5 pada fraksi volume 31,25 % pada tekanan cetak 30 ton force adalah 9,32 %. Pada pengujian perembesan air untuk setiap tekanan baik, karena tidak terlihat adanya rembesan air yang menetes ke bawah.

(6)

ABSTRACT

The objective of this research is to use leaf pineapple fibers for reinforcement in making tile roof and it’s characteristics. The ultimate flexural strength on exchange cement ; pulp fiber : sand is 1: 0,15 : 0,5 in fiber volume fraction 34,04 % in type pressure 25 ton force is 131,5 kg/cm2. The impact on exchange cement : pulp fiber : sand is 1 : 0,3 : 0,5 on fiber volume fraction is 62,5 % in type pressure 30 ton force is 8,13 KJ/m2.

Water absorbtion powers in exchange cement : pulp fiber : sand is 1 : 0,1 : 0,5 in fiber volume fraction 23,25 % in type pressure 30 ton force is 9.32 %. Water Proofing test for type pressure is complied with standard SNI 03-0096-1995, because water proofing is not filter water to down.

(7)

DAFTAR ISI

Daftar Tabel viii

Daftar Gambar ix

Bab 1 Pendahuluan 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Tujuan Penelitian 3

1.3 Batasan Masalah 3

1.4 Manfaat Penelitian 4

1.5 Sistematika Penulisan 4

Bab 2 Tinjauan Pustaka 6

2.1 Komposit 6

2.1.1Klasifikasi Komposit Berdasarkan Penguat 6

2.2 Jenis-Jenis Komposit 9

2.2.1 Komposit Serat Pendek (Short Fiber Composite) 9 2.2.2 Komposit Serat Panjang (Long Fiber Composite) 11

2.3 Penguatan oleh Serat 11

2.3.1 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Komposit 11

2.4 Matrik 15

2.5 Genteng 15

2.5.1 Genteng Beton 16

2.5.2 Menurut Bentuknya Genteng Beton 17

2.5.3 Bentuk Genteng Beton yang diproduksi PT. Sarah Furn & Co 18

2.6 Beton 19

2.6.1 Beton Komposit 20

2.7 Semen 21

2.7.1 Jenis-Jenis Semen 22

2.7.2 Semen Portland Pozolan 22

2.8 Agregat 23

2.9 Pasir 24

2.10 Air 25

2.11 Adhesi 25

2.12 Bidang Batas (Interface) dan Daerah Bidang Batas (Interphase). 26 Paduan Serat dan Semen

2.13 Paduan Serat dan Semen 27

(8)

2.14.1 Pengaruh Fraksi Volume 30

2.15 Tumbuhan Nenas 32

2.15.1 Kegunaan Nenas 33

2.16 Pengujian Sifat Mekanik 34

2.16.1 Pengujian Kekuatan Lentur (UFS) 34

2.16.2 Pengujian Impack (Impact Test) 35

2.17 Sifat Kedap Air (Water Proofing) 37

2.18 Daya Serap Air 37

2.19 Pembuatan Pulp 38

2.19.1 Proses semikimia 40

Bab 3 Metodologi Penelitian 42

3.1 Alat dan Bahan 42

3.1.1 Alat 42

3.1.2 Bahan 42

3.2 Prosedur Penelitian 43

3.2.1 Pembuatan Pulp Serat Daun Nenas 43

3.2.2 Pembuatan Sampel 43

3.2.3 Bentuk Sampel 44

3.2.4 Prosedur Pengujian Kekuatan Lentur 45

3.2.5 Prosedur Pengujian Kekuatan Impak 45

3.2.6 Prosedur Pengujian Ketahanan Terhadap Perembesan Air 46

3.2.7 Prosedur Pengujian Daya Serap Air 46

3.3 Alat Pengujian Sampel 46

3.3.1 Peralatan Pengujian Impak 46

3.3.2 Peralatan Pengujian Kekuatan Lentur 47

3.4 Tempat Penelitian 47

3.5 Rancangan Penelitian dalam Pembuatan Genteng Beton 48

3.6 Diagram Alir Penelitian 49

Bab 4 Hasil dan Pembahasan 50

4.1 Serat Daun Nenas 50

4.2 Uji Impak (Impact Test) 51

4.3 Uji Kekuatan Lentur (Ultimate Flexural Strength UFS) 54

4.4 Uji Daya Serap Air 58

4.5 Uji Kedap Air (Water Proofing) 60

Bab5 Kesimpulan dan Saran 61

5.1 Kesimpulan 61

5.2 Saran 62

DAFTAR PUSTAKA 63

(9)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Tabel Jenis-Jenis Semen sesuai SNI 22

(10)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Gambar Fibrour Composite 7

Gambar 2.2 Gambar Komposit Laminat 8

Gambar 2.3 Gambar Hasil Pemotretan Micrograph dari Serat Gelas Acak 10

(Chopped Strand Mat) Sebelum Pemberian Resin Epoksi

Gambar 2.4 Gambar Hasil Pemotretan Micrograph dari Serat Gelas Acak 10

(Chopped Strand Mat) dengan Susunana Serat Dua Dimensi

Gambar 2.5 Gambar Bentuk Penguatan pada Lamina Ortotropik 12

Gambar 2.6 Gambar Orientasi Serat Penguatan 13

Gambar 2.7 Gambar Bentuk Pulp Serat Daun Nenas 14

Gambar 2.8 Gambar Bentuk – Bentuk Genteng 18

Gambar 2.9 Gambar Bahan Komposit yang Mengalami Perlakuan 30 Tarikan Sejajar dan Tegak Lurus

Gambar 2.10 Gambar Hubungan antara Sifat Tarik yang sejajar dengan Serat 31 Gambar 2.11 Gambar Skema Pengujian Kekuatan Lentur 35 Gambar 2.12 Gambar Skema Gerakan Ayunan Godam pada Pengujian Impak 36 Gambar 3.1 Gambar Bentuk Sampel Pengujian Impak dengan Standar ASTM 44

D-256

Gambar 3.2 Gambar Bentuk Sampel Pengujian Kekuatan Lentur dengan 44 Standar ASTM D-790

Gambar 3.3 Gambar Skema Pengujian Kekuatan Impak 45 Gambar 3.4 Gambar Peralatan Pengujian Kekuatan Impak 46 Gambar 3.5 Gambar Peralatan Pengujian Kekuatan Lentur 47

Gambar 3.6 Gambar Diagram Alir Penelitian 49

(11)

Bab 1

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Tumbuhan nenas merupakan tumbuhan monokotil, bersifat merumpun (bertunas anakan), memiliki daun berserat sejajar, dan batangnya sering ditumbuhi anaknya. Jenis tanaman ini mempunyai dua varietas yang berkembang di Indonesia yakni nenas queen yang cirinya daun berduri serta yang kedua nenas smoth cayenne cirinya daun tak berduri. Tanaman ini dapat tumbuh pada dataran tinggi dan juga dataran rendah, dan tahan sekali terhadap kekeringan tapi tidak tahan terhadap salju.

Sejak dahulu potensi tumbuhan nenas ini tidak hanya terletak pada buahnya saja, tapi pada daunnya yang menghasilkan benang yang dapat dijadikan sebagai bahan baku goni dan sampai kain. Ini dilakukan pertama kali dilakukan oleh masyarakat Amerika dan saat ini dinegara kita juga sebagian masyarakat mulai memanfaatkan serat nenas ini sebagai material yang mempunyai ini guna, yang dibuat untuk bahan baku kain sutera. Kita mengetahui di Indonesia tanaman nenas sangat populer dan banyak ditanam di tegalan dari daratan rendah sampai dataran tinggi. Daerah yang menghasilkan nenas yang paling banyak seperti : Subang,Bogor,Riau, Palembang dan Sumetera Utara

(12)

atau kombinasi dari dua atau lebih bahan berbeda membentuk satu kesatuan material yang lebih baik. Dalam pembentukan komposit ini serat daun nenas kita gunakan sebagai penguat dan semen sebagai matrik (pengikat) dan pelindung filler dari kerusakan efek fisika, seperti tarikan, pukulan, tekanan serta efek kimia seperti reaksi garam, asam, basa dan korosi

Dimana komposit ini diharapkan dapat dijadikan genteng yang baik dan tahan lama. Genteng ini berfungsi sebagai atap bangunan rumah yang mempunyai peranan penting untuk melindungi terhadap cuaca : panas, hujan dan mempunyai kekuatan bagus. Arsitek F. Silaban menyatakan atap sebagai inti dari suatu bangunan yang mempunyai fungsi utama bagi gedung.

Untuk itu penelitian bertujuan untuk memanfaatkan daun nenas sebagai serat yang dapat memiliki nilai ekonomis sebagai penguat lembaran semen untuk genteng. Disini kegunaan serat mengurangi komposisi dari pasir dan semen dari yang sebelum dilakukan penambahan serat (pada genteng biasa). Hal ini tentu akan mendorong masyarakat khususnya petani nenas dapat memanfaatkan daun nenas sebagai atap untuk bangunan rumah ,daripada menggunakan atap seng yang semakin lama semakin mahal.

Semen yang digunakan dalam penelitian ini jenis semen Portland (Portland cement) jenis umum untuk penggunaan dalam konstruksi beton secara umum, merupakan bubukan halus, butirannya sekitar 0,05 mm dan pada hakikatnya merupakan hablur-hablur senyawa kompleks. Bahan baku semen sangat bergantung pada kadar bahan asli yang terdapat di daerah tertentu

(13)

pada komposisi mana terdapat sifat yang baik. Diharapkan hasil yang didapatkan bisa memberi manfaat dan dapat gunakan

1.2. TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui komposisi campuran dari semen : pulp serat daun nenas : pasir yang memiliki sifat mekanik dan fisis yang layak dipakai sebagai genteng beton dengan aturan standar SNI 03-0096-1995

2. Meneliti dan mempelajari bahwa filler dari serat daun nenas yang dibuat dengan model Chopped Strand Mat (CSM) didalam pasir dan matrik semen sehingga diperoleh genteng beton yang baik

3. Membuat genteng yang diperkuat serat daun nenas dengan semen Portland pozolan, sehingga dengan adanya material baru yang diharapkan : Pemanfaatkan limbah dari daun nenas mempunyai nilai tambah untuk bahan bangunan

4. Untuk memahami teknologi pembuatan pulp sebagai bahan pembuat kertas

1.3. BATASAN MASALAH

Sesuai dengan judul dan ruang lingkup serta sasaran pembahasan yang dicapai dari pembuatan Tugas Akhir ini, maka penulis memberikan suatu batasan masalah guna mendapatkan hasil sesuai dengan yang dimaksud.

Adapun batasan masalah yang disusun penulis dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

(14)

didalam pasir dan semen sebagai matrik dengan variasi perbandingan komposisi berat dan tekanan cetak yang berbeda seperti tabel 3.1

2. Membuat sampel yang akan digunakan untuk produk genteng beton tanpa pulp serat daun nenas (semen dan pasir) variasi perbandingan komposisi berat dan tekanan cetak yang berbeda seperti tabel 3.2 pada bab 3

3. Menguji sifat mekanik dan fisis untuk setiap setiap sampel dengan variasi perbandingan komposisi massa dan tekanan cetak yang berbeda seperti tabel 3.1 dan 3.2 serta membandingkan sifat mekanik dan fisis

1.4. MANFAAT PENELITIAN

Hasil perancangan penelitian ini, diharapkan dapat digunakan dan bernilai guna untuk:

1. Pemanfaatan limbah daun nenas sebagai penguat dalam pembuatan genteng beton serta menambah penghasil tambahan bagi petani nenas

2. Diharapkan dari penelitian ini dapat diproduksi genteng yang mempunyai sifat mekanik yang baik dengan serat daun nenas sebagai filler dan semen sebagai matrik

1.5. SISTEMATIKA PENULISAN

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini membahas latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan manfaat penelitian

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

(15)

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini membahas tentang alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, prosedur pembuatan pulp, prosedur pengujian kekuatan lentur, prosedur pengujian kekuatan pukul, prosedur pengujian etahanan terhadap perembesan air, prosedur daya serap air, tempat penelitian dan diagram alir penelitian

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini memuat hasil-hasil dari pengujian yang telah dilakukan yakni pengujian kuat lentur, kuat pukul, daya serap air dan ketahanan perembesan air serta membahas hasil pengujian tersebut

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

(16)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Komposit

Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material, dimana akan terbentuk material yang lebih baik dari material pembentuknya

Dikarenakan karakteristik pembentuknya berbeda-beda, maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material-material pembentuknya.Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu: penguat (reinforcement) dan matriks sebagai pengikat.

2.1.1 Klasifikasi Komposit berdasarkan penguat yang digunakan:

1. Komposit serat (fibricus composite)

(17)

ditambahkan resin sebagai bahan perekat. Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon

fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun

secara acak (Chopped Strand Mat CSM) maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.

Sebagai contoh ialah FRP (fiber reinforce plastic) plastic yang diperkuat dengan serat dan banyak digunakan, yang sering disebut fiber glass. Contoh lainnya PCB (Pulp Cement Board) semen yang diperkaya dengan serat pulp dan dicetak dalam lembaran datar atau bergelombang. PCB menggantikan asbes semen board dalam penggunaannya, karena asbes akan terhisap dan merugikan kesehatan dengan menimbulkan gangguan kesehatan pada paru-paru. Beda serat dengan serabut ialah serat itu panjang dan serabut itu pendek

Gambar 2.1. Fibrous composits

Pada umumnya komposit mengandung serat, baik serat pendek maupun serat panjang yang dibungkus dengan matrik. Fungsi daripada serat adalah menahan bahan yang diberikan sedangkan fungsi matrik adalah membungkus serat sekaligus melindungi dari kerukasan baik mekanis maupun kimia.

(18)

berkarat, anti rayap dan tahan lembab. Bahan komposit alam umumnya berharga murah. Bahan komposit termasuk bahan yang ringan dan kuat

2. Komposit Laminat (Laminated Composites )

Komposite Laminat (laminated Composite), yaitu merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.Komposit yang terdiri dari lapisan serat dan matrik, yaitu lapisan yang diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada umumnya manipulasi makroskopis yang dilakukan yang tahan terhadap korosi, kuat dan tahan terhadap temperature

Gambar 2.2. Komposit Laminat

(19)

Komposit partikel (particulate composite), komposit yang terdiri dari partikel dan matrik yaitu butiran ( batu, pasir) yang diperkuat dengan semen yang kita jumpai sebagai beton (concrete), senyawa komplek ke dalam senyawa komplek.

Dua bahan atau lebih dicampur lalu tidak terjadi interaksi antara permukaannya dan tidak mempunyai sinergetik disebut komposit. Contoh lainnya adalah WPC (wood plastic combination) yaitu partikel kayu hasil buangan sisa kayu (waste wood) yang diikat dengan plastic resin dan apabila partikel kayu tersebut diikat dengan resin saja maka particulate komposit ini disebut partikel boar (PB) yang sering dijumpai sebagai bahan peredam suara atau bahan pelapis dinding

2.2. Jenis Komposit Serat

Adapun jenis komposit yang diperkuat serat yaitu :

1. Komposit serat pendek (short fiber composit) 2. Komposit serat panjang (Long fiber komposit)

Komposit Serat Pendek (short fiber komposit)

Komposit yang diperkuat oleh serat pendek pada umumnya menggunakan resin sebagai matriksnya. Dalam pembuatan komposit serat pendek ini dipotong-potong pendek ±(20-100) mm panjangnya

(20)

1. Bahan Komposit yang mengandung orientasi bidang acak (Implane Random

Orientation)

Serat cencang (Chopped Strand Mat CSM), CSM ini memiliki distribusi acak dalam dua dimensi. Pembuatan komposit jenis ini biasanya dilakukan teknik”

Hand Lay Up”. Ukuran serat dapat dipilih untuk mendapatkan perbedaan

jumlah penyebaran serat selama pencetakan.

Dengan adanya distribusi acak, maka akibatnya adalah bahwa nilai fraksi volum serat lebih rendah dalam komposit sehingga fraksi volum matrik lebih besar, harga fraksi volum serat acak biasanya berada pada Vf = 0.10-0.30

dari harga perbandingan komposisi penyusun komposit. Fraksi volum serat yang lebih rendah akan berkaitan dengan ketidakefisienan balutan dan batasan-batasan dalam proses pencetakan.

Dibawah ini diperlihatkan orientasi serat yang diperoleh dari photograph.

Gambar.2.3. Hasil pemotretan micrograph dari serat gelas acak

(21)

Gambar.2.4. Microradiograph dari serat gelas acak (Chopped-strand mat) dengan susunan serat dua dimensi

2. Bahan komposit yang diperkuat dengan serat pendek yang terorientasi ataupun sejajar satu dengan lainnya. Untuk mendapatkan komposit jenis ini digunakan tehnik yang berbeda dengan terorientasi acak yaitu ‘ Lay Up’. Metode ini khusus digunakan untuk meluruskan serat cencang. Penjajaran dapat dilakukan dengan menggunakan cetak suntik (injection moulding) dan proses ekstruksi.

2.2.2. Komposit serat panjang (Long Fiber Composite)

Keistemewaan komposit serat panjang adalah lebih mudah diorientasikan jika dibandingkan dengan serat pendek. Walaupun demikian serat pendek memiliki rancangan lebih banyak. Secara teoritis serat panjang dapat menyalurkan suatu pembebanan atau tegangan dari suatu titik pemakaiannya. Pada prakteknya, hal ini tidak mungkin karena variable pembuatan komposit serat panjang tidak mungkin memperoleh kekuatan tarik melampaui panjangnya. Perbedaaan serat panjang dan serat pendek yaitu serat pendek dibebani secara tidak langsung dan kekuatan atau kelemahan matriks akan menentukan sifat dari produk komposit tersebut yakni jauh lebih kecil dibandingkan dengan besaran yang terdapat pada serat panjang. Bentuk serat panjang memiliki kemampuan yang tinggi disamping itu kita tidak perlu memotong-motong serat (Derek Hull,1981)

2.3 Penguatan oleh serat

Pemakaian serat sebagai penguat dalam suatu bahan komposit harus memenuhi beberapa persyaratan berikut :

(22)

3. Perbedaan kekuatan diantara serat-serat tunggal harus rendah

4. Mampu menerima perubahan dari matriks dan menerima gaya yang bekerja

Serat-serat organik dan anorganik umumnya digunakan untuk memperoleh bahan komposit serat. Serat organik seperti selulosa, propilene dan serat grafit pada umumnya dikarakterisasi sebagai bahan yang ringan, lentur, elastik dan peka terhadap panas, sedangkan serat anorganik seperti gelas dan keramik merupakan serat yang paling tinggi kekuatannya serta tahan terhadap panas.

2.3.1. Faktor – faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit 1. Orientasi Serat

Faktor orientasi serat akan menentukan kekuatan mekanis dari suatu bahan komposit dan arah dimana kekuatan tersebut yang terbesar. Ada tiga jenis orientasi serat yaitu penguatan satu dimensi, dua dimensi dan tiga dimensi. Jenis penguatan serat satu dimensi memiliki kekuatan dan modulus komposit yang maksimum dalam arah orientasi sumbu serat. Jenis penguatan dua dimensi menunjukkan kekuatan yang berbeda pada setiap arah orientasi serat. Sedangkan jenis penguatan tiga dimensi adalah isotropik, artinya komposit akan memiliki kekuatan yang sama pada setiap titik (Folkes

M.J,1982). Sebagai contoh bentuk CSM( random chooped strand mat) pada

komposit dianggap isotropik, sedangkan pada bentuk anyaman (woven roving) menunjukkan sifat yang berbeda pada setiap titik maka material ini disebut

anisotropik

(23)

---

Untuk anyaman satu arah (aligment) kekuatan tariknya lebih besar pada arah serat dibandingkan dengan arah tegak lurus terhadap serat. Pada arah normal yang menanggung beban hanya matrik saja. Ini merupakan prinsip lamina ortotropik yang berbentuk roving atau fabric, serat-serat arahnya sudah tertentu tidak seperti CSM (Chopped Strand Mat)

(1) Unidi rectional roving (2) Woven roving or fabric

Gambar2.5. Bentuk penguatan pada Lamina Ortotropik. (1) Unidirectinal roving (2) Woven roving or fabric

Pada penguatan tiga dimensi sifat-sifat mekanik pada setiap arah adalah sebanding dengan jumlah serat per volumnya yang diorientasikan pada arah serat. Jika orientasi serat menjadi lebih acak, maka sifat-sifat mekanis pada setiap arah menjadi lebih rendah. Pada penguatan satu dimensi serat-serat disusun secara searah sedangkan pada penguatan dua dimensi susunan serat dengan sudut 90o. Susunan serat secara acak dijumpai pada penguatan tiga dimensi seperti gambar 2.6 dibawah ini

(24)

Gambar 2.6. Orientasi serat penguatan (1) satu dimensi, (2) dua dimensi, (3) tiga dimensi

2. Panjang Serat

Tidak hanya diameter serat yang mempengaruhi sifat mekanik komposit tetapi juga panjang serat. Komposit dapat dibuat dari serat filament

(continuos filament) atau serat pendek dari pelbagai panjang serat. Bila

panjang serat komposit menurun, kekakuan (stiffness) dan efek penguatan

(reinforcing effect) akan menurun. Distribusi tegangan dan regangan serat

diteliti oleh Hull dan Cok.

Serat yang panjang dapat mengirimkan suatu beban atau tegangan yang digunakan dari titik penerapan ketitik reaksi melalui lintasan beban yang bersambung. Akan tetapi pada prakteknya hal ini sulit dilakukan karena variabel pabrikan adalah memungkinkan untuk memperoleh serat panjang dengan kekuatan tarik optimum disepanjang serat. Pada struktur serat panjang yang ideal serat akan bebas tekanan atau sama sekali tertekan, tetapi keadaan ini dalam kenyataannya tidak pernah diperoleh karena sering dijumpai bahwa serat akan tertekan sementara yang lainnya tidak tertekan.

Dalam penelitian ini panjang serat tidak diteliti, tetapi untuk panjang serat pulp daun nenas ± 6 mm (R.W.Moncrieff , 1983)

3. Bentuk serat

(25)

disebabkan kehilangan kecacatan permukaan pada serat. Akan tetapi kekuatan mekanis juga dipengaruhi sifat dasar serat dan matriks yang digunakan.

Dalam penelitian ini bentuk serat yang digunakan untuk penguat komposit genteng beton merupakan pulp yang halus seperti gambar 2.7 berikut ini :

Gambar.2.7. Bentuk pulp serat daun Nenas

Matrik

Matrik merupakan suatu bahan yang digunakan untuk mengikat dan menyatukan serat tanpa bereaksi secara kimia dengan serat tersebut. Dalam penelitian ini matrik pengikat pulp serat daun nenas adalah semen Portland pozolan dengan merk dagang Padang tipe-I.

(26)

kerapatannya rendah, tahan terhadap kerusakan kimiawi, bersifat isolator yang baik tetapi juga mempunyai keterbatasan pemakaian karena sifat-sifatnya yang kurang menguntungkan seperti kekuatan dan modulus elastisitasnya yang rendah dibandingkan logam, koefisien pemuaian yang tinggi. Contohnya antara lain :

Polyetylelen (PE), Polypropylene (PP), Polyvynilchlorida (PVC) dan Polistryrene (PS)

2.5. Genteng

Genteng merupakan benda yang berfungsi untuk atap dari suatu bangunan. Dahulu genteng berasal dari tanah liat yang dicetak dan dipanaskan sampai kering

Seiring dengan kemajuan ilmu dan teknologi dewasa ini genteng telah banyak memiliki macam dan bentuk tidak lagi berasal dari tanah liat semata, tetapi secara umum genteng dibuat dari semen, agregat (pasir) dan air yang dicampur menjadi satu dengan perbandingan tertentu. Selain itu untuk menambah kekuatan genteng juga digunakan campuran seperti serat alam, serat asbes, serat gelas, perekat aspal dan biji-biji logam yang memperkuat mutu genteng.

Dengan mengingat fungsi genteng sebagai atap yang berperan penting dalam suatu bangunan untuk pelindung rumah dari terik matahari, hujan dan perubahan cuaca lainnya. Maka genteng harus mempunyai sifat mekanis yang baik, seperti kekuatan tekan, kekuatan pukul, kekerasan dan sifat yang lainnya.

Secara umum genteng dapat dibedakan atas jenisnya yaitu : Genteng beton, genteng keramik,dan genteng Logam. Dalam penelitian ini akan dibuat jenis genteng beton yang menggunakan semen Portland pozolan sebagai matrik dan pulp serat daun nenas sebagai penguat dan ditambah pasir

(27)

Genteng beton adalah unsur bahan bangunan untuk penutup atap, dibuat dari agregat halus, semen dan air dengan atau tanpa additive lain yang tidak mengganggu pengikat semen (SNI-03-0096-1995)

Genteng beton telah lama dikenal di Indonesia, sejak sebelum Perang Dunia II jenis genteng ini telah banyak digunakan oleh masyarakat kita sampai sekarang. Awalnya genteng dibuat oleh perusahaan Australia, dengan nama genteng Monier. Nama monier berasal dari nama seorang tukang kebun di Paris, yang pertama menggunakan pot tanaman dari beton sebagai pengganti pot dari kayu yang lekas rusak

Disebut genteng beton karena genteng ini dibuat dari campuran semen Portland dan pasir yang sama dengan material penyusun beton umumnya. Perbandingan semen dan pasir yaitu 1:3 (SII 0447-1981) dan harus diperhatikan pasir jangan terlalu banyak agar tidak terlalu berpori (kurang padat) yang mengakibatkan genteng kurang kedap air, sehingga mudah ditumbuhi lumut

Pembentukan genteng beton dapat dilakukan dengan proses tangan, dengan cara rol atau dipadatkan dengan tumbukan atau dipress. Pada cara pembentukan dengan rol dapat dilakukan dengan manual atau mesin karena tekanan yang diberikan kepada adukan, kurang tinggi, biasanya adukan memerlukan semen yang banyak. Sebaliknya apabila proses pembentukan dilakukan dengan press dimana ada tekanan sehingga kepadatan massanya lebih tinggi, adukannya memerlukan air yang lebih sedikit, dan dapat dipakai semen yang lebih sedikit.

Seperti pada sifat beton yang lain, disini jumlah air pengaduk akan banyak berpengaruh terhadap cara pemadatan/pencetakan dan kekuatan genteng yang dibuat. Makin kecil perbandingan air semen maka makin padat hasil cetakkannya, genteng makin kuat

(28)

keluar akibat pengepressan, misalnya pada dasar genting cetakkan dibuat lubang kecil-kecil serta dilapisi oleh kain saringan.

Pemakaian genteng beton sama dengan pemakaian genteng yang terbuat dari tanah liat. Untuk sudut-sudut atap yang terlalu terjal (lebih miring 450) biasanya genting dipaku pada rang. Untuk ini pembuat biasanya harus sudah menyediakan lubang paku pada waktu pembuatan.

Genteng beton umumnya dibuat data dengan alur dan jalur punggung yang berjarak sempit. Hal ini untuk memberikan kekuatan lentur yang cukup pada genteng Standar genteng beton di Indonesia telah ada dan disusun pada Rapat consensus Standar Industri Indonesia tahun 1981, dengan nomor SII-0448-81 dan akibat adanya perkembangan telah direvisi tahun 1995 SNI-03-0096-1995

2.5.2 Menurut bentuknya genteng beton

Bentuk dari genteng beton dapat dibuat sesuai dengan persetujuan antara konsumen dan produsen, begitu juga untuk panjang dan lebar tetapi untuk ketebalannya tidak boleh kurang dari 8 mm (SII.0447-81)

Setelah mengalami perkembangan kemajuan genteng beton menurut bentuknya dikelompokkan sebagai berikut : genteng lengkung, genteng lengkung rata dan genteng rata (SNI 03-0096-1995). Genteng beton yang akan dibuat untuk penelitian ini adalah genteng yang bentuknya rata. Berikut ini adalah bentuk genteng beton yang dihasilkan oleh salah satu produsen genteng beton dalam berbagai bentuk seperti gambar

(29)

nusantara elabana plat Italia Royal eloyer

Gambar 2.8 Bentuk-bentuk genteng beton

2.5.3 Bentuk Genteng Beton yang diproduksi PT. Sarah Furn & Co

Selain bentuk genteng beton seperti gambar 2.8 berikut ini kita lihat bentuk genteng beton yang diproduksi oleh salah satu produsen genteng di Sumatera Utara yaitu :

1.Genteng Arizona

Disebut juga genteng beton berglazur. Genteng ini bermutu tinggi karena pengecatan plastic cement oxide dengan permukaan kulit jeruk menjamin cat tahan lama terhadap sinar ultraviolet

Keistemewaannya antara lain yaitu : tahan terhadap waktu, cuaca, tekanan dan bahan kimia, ekonomis karena tidak butuh perawatan, indah,permukaan yang licin ,berkilat dan tidak berlumut serta penampilan yang klasik dan anggun

2.Genteng Akira

Merupakan genteng beton yang umum digunakan masyarakat. Genteng ini lebih sederhana dari segi ukurannya dibanding dengan jenis genteng diatas. Namun mempunyai kualitas yang sama

3. Genteng Super Steel

(30)

Genteng ini merupakan paling ringan dari genteng diata karena terdiri dari campuran logam dan mempunyai dua lapisan permukaan yaitu: Permukaan atas mempunyai bahan-bahan yaitu : metal yang tebalnya 0,35 mm,Zincum dan cat, sedangkan lapisan permukaan bawah yaitu Zincum atau besi dan cat emulsi tebalnya 0,90 mm.

Cat mempunyai ketahanan terhadap cuaca (sinar Ultaviolet) selama 72 jam, asam (H2SO4 dan HCL). Selain itu keistimewaan genteng Super Steel

yakni : kuat, anti lumut, anti bocor, tahan terhadap karat dan pemasangannya tidak perlu semen sehingga tidak terjadi kebocoran, ringan , mudah dipasang dan khusus di Indonesia lapisan pada super steel mampu menahan panas dan meredam suara hujan

2.6 Beton

Beton merupakan material komposit yang campurannya tersusun dari agregat seperti kerikil, pasir, batu pecahan yang dipadukan dengan bahan pengikat oleh matrik semen yang mengisi ruang diantara partikel-partikel sehingga membentuk satu kesatuan menjadi beton keras

Beton dalam keadaan yang telah menggeras bagaikan batu karang, tetapi masih memiliki kelemahan yakni daktilitas beton yang rendah. Hal ini dapat dicerminkan kurva tegangan regangan yang memiliki penurunan kekuatan tekan yang cepat, sehingga dapat menyebabkan keruntuhan terjadi tiba-tiba

Secara fisik beton terdiri dari material dua phase yaitu matrik dan agregat. Antara agregat dan matrik terikat satu sama lainnya pada bidang antar muka

(interface).Sifat-sifat dari beton dipengaruhi oleh komponen-komponen kimia dan

(31)

Bahan beton memperlihatkan sifat yang berbeda. Beton merupakan bahan yang sangat getas dalam tarik, namun kuat terhadap tekan, serta tidak memperlihatkan hubungan tegangan regangan proporsional. Nilai modulus elastisitas sesaat E juga bergantung kepada kecepatan pembebanan, dengan nilai yang bervariasi menurut komposisi campuran beton

Penggunaan beton sudah meliputi bidang yang sangat luas seperti untuk pondasi, balok, plat, bangunan lepas pantai, dam, menara. Selain itu beton juga digunakan secara luas untuk pembuatan elemen-elemen pracetak seperti balok-balok beton, genteng, tiang listrik dan sebagainya

2.6.1. Beton Komposit

Beton komposit ini juga disebut beton serat yang dapat didefinisikan sebagai beton yang terbuat dari semen Portland atau bahan pengikat hidrolis lainnya yang ditambah dengan agreat, air dan diperkuat dengan serat. Intraksi antara serat dan matrik beton merupakan sifat dasar yang mempengaruhi kinerja dari material komposit beton serat. Pengetahuan tentang interaksi ini diperlukan untuk memperkirakan kontribusi serat dan meramalkan perilaku komposit.

Serat yang digunakan untuk campuran beton antara lain serat metal (serat besi dan serat stainless steel), serat polymeric (serat polypropylene dan serat nilon), serat mineral (fiberglass) dan serat alam ( serabut kelapa dan serat nenas)

Bahan –bahan penguat ini ditambahkan pada campuran beton gunakan meningkatkan mutu beton komposit . Selain itu komposit beton serat memiliki sifat yang lebih baik dari beton biasa antara lain sebagai berikut :

(32)

3 Kesuaian air dan gas serta meningkatkan ketahanan terhadap berbagai jenis bahan korosif

4 Meningkatkan ketahanan terhadap gangguan lokal dan kerusakan yang diakibatkan oleh pengaruh luar seperti pengaruh mekanis dan panas yang berlebihan

5 Meningkatkan siklus ketahanan struktur

2.7. Semen

Semen adalah suatu jenis bahan yang memiliki sifat adhesive dan kohesif yang memungkinkan melekatnya fragmen-fragmen mineral lain menjadi suatu massa yang padat. Definisi ini dapat diterapkan untuk banyak jenis bahan, semen yang tersebut biasa digunakan untuk konstruksi beton untuk bangunan. Secara kimia semen dicampur dengan air (hydration) untuk dapat membentuk massa yang menggeras, semen semacam ini disebut semen hidrolis atau sering disebut juga semen Portland.

Berat jenis semen yang disyaratkan oleh ASTM adalah 3,15 Mg/m3 Pada kenyataannya, berat jenis semen yang diproduksi berkisar antara 3,03 Mg/m3 sampai 3,25Mg/m3. Variasi ini akan berpengaruh pada proporsi campuran semen dalam campuran. Pengujian berat jenis ini dapat dilakukan menggunakan Le Chatelier Flask menurut standar ASTM C-188

2.7 Jenis semen

Tabel 2.1.Jenis-jenis semen sesuai SNI

Jenis semen

Nama

SNI 15-0129-2004 Semen portland putih

(33)

SNI 15-2049-2004 Semen portland / Ordinary Portland Cement (OPC) SNI 15-3500-2004 Semen portland campur

SNI 15-3758-2004 Semen masonry

SNI 15-7064-2004 Semen portland komposit

(Sumber : Dari Wikipedia Indonesia, ensiklopedia bebas berbahasa Indonesia.)

2.7.2 Semen Portland Pozolan

Semen portland pozolan adalah suatu bahan pengikat hidrolis yang dibuat dengan menggiling bersama-sama klinker semen Portland dan bahan yang mempunyai sifat pozolan, atau mencampur secara merata bubuk bahan yang mempunyai sifat pozolan (SNI 15-0302-1989). Selama penggilingan atau pencampuran dapat ditambahkan bahan-bahan lain selama tidak mengakibatkan penurunan mutu

Bahan yang mempunyai sifat pozolan adalah bahan yang mengandung senyawa silica atau silica aluminium dimana bentuknya halus dan dengan adanya air, maka senyawa-senyawa ini akan beraksi secara kimia dengan kalsium hidroksida pada suhu kamar membentuk senyawa yang mempunyai sifat seperti semen .Semen Portland pozolan dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu sebagai berikut :

1 Semen Portland pozolan jenis SPP A yaitu semen Portland pozolan yang dapat dipergunakan untuk semua tujuan pembuatan adukan beton serta tahan sulfat sedang dan panas hidrasinya sedang

2 Semen Portland pozolan jenis SSP B yaitu semen Portland pozolan yang dapat dipergunakan untuk semua adukan beton dimana kekuatan awal yang tinggi tidak disyaratkan, serta adukan beton tersebut tahan sulfat sedang dan panas hidrasi rendah

(34)

Pozolan. Pada penelitian pembuatan genteng beton yang diperkuat dengan serat daun nenas dipergunakan matrik semen Portland Pozolan tipe I atau SPP A.

2.8. Agregat

Pembagian agregat sangat menolong dalam memperbaiki keawetan serta stabilitas volume dari genteng beton. Karakteristik fisik dari agregat dalam beberapa hal komposisi kimianya dapat mempengaruhi sifat-sifat genteng beton dalam keadaan plastis maupun keadaan telah mengeras dengan hasil-hasil yang berbeda. Berikut ini merupakan jenis-jenis agregat

1. Agregat Biasa

Jenis ini dapat digunakan untuk tujuan umum dan menghasilkan beton dengan berat isi yang berkisar antara 2300-2500 kg/m3. Agregat ini seperti pasir dan kerikil yang dapat diperoleh dengan cara ekstraksi dari batuan alluvial dan glacial. Pasir dan kerikil dapat juga diperoleh dengan cara menggalinya dari dasar sungai dan laut. Dalam penggunaan untuk genteng beton pasir yang digunakan berasal dari sungai dan harus dicuci untuk menghilangkan sifat kimia yang dapat mengakibatkan terjadinya pelapukan.

2. Agregat Berat

Jenis ini dapat digunakan secara efektif dan ekonomis untuk jenis beton yang harus menahan radiasi, sehingga dapat memberikan perlindungan terhadap sinar –X, sinar Gamma dan Neutron. Efektivitas beton berat dengan isi 4000-5000 kg/m3, bergantung pada jenis agregat. Dimensi-dimensi beton bersangkutan pada derajat kepadatannya.

(35)

Jenis ini dipakai untuk menghasilkan beton ringan dalam sebuah bangunan yang beratnya sendiri sangat menentukan. Agregat ringan digunakan dalam bermacam-macam produk beton berkisar antara bahan isolasi sampai pada beton bertulang atau beton pra-tekan, sungguh pun penggunaannya yang paling banyak dalam pembuatan blok-blok beton pracetak. Beton yang digunakan dengan agregat ringan mempunyai sifat tahan api yang baik. Agregat ini mempunyai pori sangat banyak, sehingga daya serapnya jauh lebih besar dibandingkan dengan daya serap agregat lainnya. Oleh karena itu penakarannya harus dilakukan secara Volumetrik. Berat isi agregat ringan berkisar antara 350-850 kg/m3 . Pulp serat daun nenas merupakan jenis agregat ringan karena massa jenisnya yang ringan 0,4 gr/cm3.

Dalam Penelitian ini menggunakan 2 jenis agregat yaitu agregat biasa ( pasir) dan agregat ringan (pulp serat daun nenas).

2.9. Pasir

Agregat yang digunakan untuk pembuatan genteng beton ini adalah pasir yang lolos ayakan (Standard ASTM E 11-70) yang diamaternya lebih kecil 5 mm. Adapun kegunaan pasir ini adalah untuk mencegah keretakan pada genteng beton apabila sudah mengering. Karena dengan adanya pasir akan mengurangi penyusutan yang terjadi mulai dari pracetakkan hingga pengeringan.

(36)

Pasir yang baik digunakan untuk pembuatan genteng beton berasal dari sungai dan untuk pasir yang dari laut harus dihindarkan karena dapat mengakibatkan perkaratan dan masih mengandung tanah lempung yang dapat genteng menjadi retak-retak

2.10. Air

Air juga sangat berperan penting dalam proses pembuatan genteng beton, yang kegunaannya untuk melunakkan campuran agar bersifat plastis. Air yang digunakan adalah air yang baik terhindar dari asam dan limbah. Air minum yang dikota relatif bebas dari bahan-bahan kimia atau bahan-bahan lainnya yang dapat merugikan genteng beton. Namun demikian tidak semua air yang dapat diminum itu baik digunakan untuk dipakai campuran genteng beton.

Dibeberapa daerah air minum mengandung banyak sifat kimia. Air yang mengandung sedikit gula dan nitrat dapat digunakan untuk air minum. Air hujan yang turun banyak mengandung gas-gas serta uap dari udara, karena udara terdiri dari komponen-komponen utama yaitu zat asam, Oksigen,Nitrogen dan Karbondioksida

Jadi air harus dipilih agar tidak mengandung kotoran-kotoran yang dapat mempengaruhi mutu dari genteng beton.

2.11. Adhesi

(37)

oleh matriks adalah salah satu factor penting untuk menjadikan komposit lebih kuat. Oleh karena itu sangat penting diperhatikan agar harga tegangan permukaan kritis pada permukaan zat menjadi lebih kecil dibandingkan dengan harga tegangan permukaan matriks . Pembasahan yang efektif pada permukaan penguat, matriks harus menutupi bukit dan lembah permukaan tersebut, untuk menghindari adanya udara juga harus dihindarkan lapisan-lapisan pembatas yang melemah.

2.12 Bidang batas (interface) dan daerah Bidang Batas (Interphase).Paduan Serat dengan Semen

Sifat-sifat material tidak terlepas dari sifat-sifat bidang batas antara serat penguat dengan matriks pengikat yang dipergunakan. Sebagai contoh, bidang batas merupakan suatu faktor yang dominan dalam terjadinya perpatahan / peretakan material komposit dan dalam responnya terhadap kelembapan dan lingkungan yan korosif. Material komposit dengan bidang batas yang kuat mempunyai kekuatan dan kekakuan yang tinggi namun sangat rapuh. Sebaliknya material komposit yang mempunyai bidang batas lemah, mempunyai kekuatan dan kekakuan yang rendah namun memiliki ketahanan yang tinggi terhadap perpatahan. Efek ini berkaitan dengan mudahnya lepas dan terurainya serat dari matris selama perambatan retakan.

Pada material komposit harus terdapat setidak-tidaknya dua fase yang berbeda, yang menurut defenisi harus dipisahkan oleh suatu bidang batas (interphase) . Pengaruh bidang batas terhadap sifat akhir material komposit sangat penting dan tidak boleh ditaksir terlalu rendah dan terlalu tinggi. Hal ini menyebabkan timbulnya kesulitan untuk memperbaiki sifat suatu komposit secara serentak, seperti tenaga mekanis dan keliatan hingga ke suatu tingkat yang tinggi.Namun dalam material komposit, setidak-tidaknya dapat dijelaskan sebagian perilaku dan sifat bidang batas.

(38)

kasar secara makroskopik atau misroskopik. Sebagai konsekuensinya adalah terperangkapnya udara antara permukaan adhesive dan permukaan adherend, sehingga mengurangi luas permukaan yang berkontak antara kedua bahan tersebut. Apabila permukaan kasar tersebut cukup terbasahi oleh bahan adhesive, maka hal ini akan menambah luas efektif permukaan yang berkontak dan dengan demikian meningkatkan kekuatan retakan. Untuk mendapatkan suatu jalinan adhesive yang baik, permukaan hendaknya bersih dan tidak terdapat debu serta sisa-sisa jaringan lemak.

Selanjutnya, bahan adhesive harus dikonversi dari bentuk cairan menjadi keras untuk mencapai kekakuan dan kekuatan mekanis sambungan yang cukup besar. Pengerasan dapat dicapai dengan beberapa cara, misalnya dengan polimerisasi cairan monomer atau penguapan bahan pelarut resin. Berikut ini terdapat syarat-syarat dari suatu bahan adhesive dalam pembasahan suatu permukaan bahan :

1. Bahan adhesive harus dapat membasahi adherend dengan baik.

2. Adhesive harus mempunyai kekuatan viskositas yang baik sehingga dapat merembes ke seluruh permukaan adherend.

3. Setting bahan adhesive harus berlangsung tanpa disertai perubahan dimensi yang besar, jadi hanya terjadi sedikit ekspansi atau konstraksi.

4. Penting diperhatikan ketebalan lapisan adhesive, lapisan adhesive yang terlalu tebal dapat menyebabkan merosotnya daya rekat.

5. Harus diperhatikan kekuatan adhesive setelah set.

2.13 Paduan Serat dengan Semen

(39)

mekanis merupakan gaya ikatan saling taut. Bila adhesi jenis merupakan gaya aktif yang menyatukan bahan satu sama lain, serta efektif beban tensile, geser dan kelupas; adhesi mekanis bersifat pasif dan tidak terlalu efektif kecuali bantuan dari luar.

Perekat adalah zat yang melekatkan dua benda dengan perekatan permukaan. Ikatan dua permukaan oleh gaya antar muka dinamai adhesi, baik dengan gaya valensi, atau saling kait atau keduanya. Keunggulan itu antara lain efisiensi mempertautkan lembar-lembar tipis atau bahan yang berbeda, memperluas sebaran tegangan pada sambungan sehingga lebih tahan terhadap komponen-komponen terikatnya, sederhana dan mudah.

Dalam beberapa hal yang mempengaruhi bidang batas antara matris dengan serat dapat dikatakan bahwa ikatan fisis yang kuat tida akan terjadi apabila :

1. Permukaan serat tercemar sehingga permukaan efektif jauh lebih kecil dibanding dengan energi permukaan efektif zat padat.

2. Adanya gelembung udara dan gas lain yang terperangkap pada permukaan zat padat.

3. Terjadinya penyusutan tegangan yang besar selama proses pengerasan yang mengakibatkan adanya pergeseran permukaan yang tidak dapat dipulih.

2.14. Perhitungan Fraksi volume serat Vf

(40)

Menurut “Brian Parkyn” , fraksi volum serat dapat dihitung dengan persaman sebagai berikut

v = fraksi volume gelembung udara, biasanya diasumsikan 0,05

y

v = 1- (Vy + Vm) ,

Vf =Fraksi volume serat ,

Vm = Fraksi Volume matrik

Dalam melakukan suatu perhitungan terhadap sifat-sifat bahan komposit umumnya didasarkan pada fraksi volume dari berbagai unsure pokok. Persamaan untuk fraksi volume suatu bahan komposit secara matematis ditulis sebagai berikut : (Derek Hull)

Dengan V1 = Fraksi volume serat

W1,W2,W3 = Fraksi Berat penyusun komposit P1, P2, P3 = Massa jenis penyusun komposit

Selain persamaan(2.1) dan (2.2) diatas juga dapat dipakai persamaan berikut :

(41)

2.14.1 Pengaruh Fraksi Volume

Untuk menentukan sifat mekanik komposit yang diperkuat dengan serat digunakan kaidah campuran yang secara sederhana dapat diturunkan sebagai berikut :

1. Bila suatu komposit mengalami gaya tarik searah dengan serat seperti gambar berikut :

(1) Tarikan sejajar (2) Tarikan tegak lurus

Gambar 2.9. Bahan komposit yang mengalami perlakuan (1) tarik sejajar dan (2) tegak lurus

Karena antara serat dan matrik terikat secara kuat, maka serat penguat dan matrik mengalami regangan yang secara bersamaan (isostrain), sehingga regangan yang dialami komposit adalah sama dengan yang dialami serat maupun matrik, sehingga ec = em = ef.

Gaya (beban) yang dialami komposit merupakan penjumlahan dari gaya yang dialami serat dengan matrik

Fc = Ff + Fm

Sf Ac= ef Af + em Am...2.3.

Dimana Ac = Luas penampang bahan komposit secara keseluruhan

Af = Luas penampang serat

Am = Luas penampang matriks

(42)

Karena :

ec = em = ef.

Maka

Ec = Ef Af/Ac + Em Am /Ac...2.4

Af/Ac adalah fraksi luas penampang serat dan apabila dikalikan dengan

panjang komposit menjadi fraksi volume serat (Vf) demikian juga untuk Am/Ac

akan diperoleh fraksi volume matrik (Vm) dan berlaku persamaan Vm + Vf = 1,

sehingga persamaan diatas dapat ditulis menjadi : Ec = Ef Vf + Em Vm...2.5

Atau

Ec = Ef Vf + Em (1- Vf)

Selanjutnya persamaan 2.5 diatas dapat ditulis menjadi : Sc = Sf Vf + Sm Vm

Atau

Sc = Sf Vf + Sm (1- Vf)...2.6

Dimana hubungan antara kekuatan tarik terhadap fraksi serat dilukiskan seperti gambar berikut :

Sm Sf

Sc

(43)

Dimana S = kekuatan tarik E = Modulus elastisitas e = regangan

c,f,m = indek untuk komposit, sert dan matrik secara berurutan

2. Bila komposit mengalami gaya (beban) tegak lurus terhadap orientasi serat, seperti gambar. Dengan mengadakan pendekatan S c = S m = S f dan dengan

menggunakan kaidah campuran akan diperoleh :

e c = e f V f + e m V m...2.7

Nenas (Anenas comosus) ialah tanaman monokotil bersifat merumpun (bertunas anakan) dan pada batangnya atau tangkai sering tumbuh tunas dan tumbuhan

tropikal adalah tumbuhan asli

(44)

Di Indonesia tanaman nenas sangat populer dan banyak ditanam ditegalan pada dataran rendah sampai dataran tinggi. Daerah penghasil nenas yang terkenal ialah Subang, Bogor, Riau, Palembang, Blitar dan Sumatera Utara

Bagian-bagian tanaman nenas antara lain daun, batang, mahkota, tunas tangkai buah (slip),tunas yang muncul dari ketiak daun di batang (shoot) , tunas yang muncul dari batang di bawah permukaan tanah (sucker), dan akar (Lisdiana)

2.15.1 Kegunaan Nenas

1. Buah Nenas

Bagian utama yang bernilai ekonomi penting dari tanaman nenas adalah buahnya. Buah nenas selain dikonsumsi segar juga dapat diolah menjadi berbagai macam makanan atau minuman, seperti selai, jus , makanan kalengan dan lain-lain. Disamping itu, buah nenas mengandung gizi yang cukup tinggi dan lengkap sebagai berikut :

Tabel 2.2 Kandungan gizi buah nenas segar tiap 100 gram bahan Kandungan gizi (nutrisi) Jumlah

Kalori 52.00 Kal

Protein 0.40 gram

Lemak 0.20 gram

Karbohidrat 16.00 gram

Fosfor 11.00 gram

Zat Besi 0.30 mgram

Vitamin A 130.000 S.I

Vitamin B1 0.08 mgram

Vitamin C 24.00 mgram

Air 85.30 mgram

(45)

(Bdd)

(sumber. Direktrorat Gizi Depkes R.I)

Selain itu buah nenas mengandung enzim “ bromelain” yaitu suatu enzim protease yang dapat menghidrolisa protein, proteose atau peptide, sehingga dapat melunakkan daging.

2. Daun Nenas

Selain dari buah nenas saat ini daun nenas juga memberi nilai ekonomis yang berharga untuk petani nenas. Menurut hasil penelitian daun nenas memiliki kandungan serat yang cukup tinggi, dengan kandungan selulose 38-48%, homoselulose 67%, alpa selulose 31% lignin 17% dan pentosa 26% (Lisdiana dan Widyaningsih, 1995) .Serat nenas mempunyai panjang 6 mm dan diameter serat 6.µm (R.W Moncrieff, 1985). Dari perbandingan panjang dan diameter > 100 , serat nenas merupakan serat panjang.

Serat daun nenas dapat dimanfaatkan sebagi pembuat kertas yang cocok untuk tissue, filter rokok dan pembersih lensa. Kertas dari serat daun nenas memiliki kualitas yang baik dengan permukaan yang halus. Daun nenas juga mengandung bromelin, tetapi kandungannya hanya sedikit

2.16. Pengujian Sifat Mekanik

2.16.1. Pengujian Kekuatan Lentur (UFS)

(46)

Pembebanan yang diberikan yaitu pembebanan dengan titik lentur, dengan titik-titik sebagai penahan sebagai penahan berjarak 90 mm yang merupakan jarak span dan titik pembebanan diletakkan pada pertengahan panjang sampel.Pada pengujian ini akan terjadi perlengkungan pada titik tengah sampel dan besarnya perlengkungan pada titik tengah sampel dan besarnya perlengkungan ini dinamakan defleksi (δ).Skema pengujian kekuatan lentur dapat diperlihatkan pada gambar 2.11.

Beban

40mm

90 mm

Gambar.2.11. Skema Pengujian Kekuatan Lentur Besar tegangan lentur adalah :

(UFS) =

dimana luas penampang untuk segi empat adalah : W =

6

2

bd

(47)

2.16.2. Pengujian Impak (impact test)

Pengujian impak bertujuan mengetahui ketangguhan suatu bahan terhadap pembebanan dinamis, sehingga dapat diketahui apakah suatu bahan yang diuji rapuh atau kuat. Untuk menguji impak ini kedua ujung sampel dengan ukuran standar diletakkan pada penumpu, kemudian beban dinamis dilepaskan dengan tiba-tiba dan cepat menuju sampel. Gerakan beban dinamis ini merupakan gerakan ayunan godam seperti ditunjukkan pada gambar2.12.

Posisi awal

'

Titik tumbuk

Gambar2.12. Skema gerakan ayunan godam pada pengujian impak Keterangan :

h1 : Tinggi godam mula – mula.

h2 : Tinggi godam setelah menumbuk sampel (setelah melewati titik

kesetimbangan.

hI : Tinggi godam setelah percobaan Blanko.

Kekuatan impak (Is) yang dihasilkan merupakan perbandingan antara energi yang diserap sampel (Es) dengan luas penampang.

dengan :

E = m.g.h(cosθ2 - cosθ1) ...2.11

Dimana : m = massa pendulum (kg) 160o θ1 θ2

Pusat berat

h1I

h2

h1

(48)

g = gravitasi bumi (m/s2) h = tinggi pendulum (m) cos θ1 =sudut awal pendulum

cos θ2 = sudut pendulum setelah pendulum menumbuk beban

Sehingga :

Is = A Es

...2.12

dengan : Es = Energi serap (Joule) A = Luas penampang (m2) A = b x d

Is = Kekuatan impak (Joule/m2) b = Lebar Sampel (m)

d = Tebal Sampel (m)

2.17. Sifat Kedap Air (Water Proofing)

Sifat kedap air pada beton terutama didapatkan jika didalam beton tidak terdapat saluran kapiler , karena saluran kapiler ini akan menembus beton. Beton pada saat itu basah banyak menggunakan air sehingga terjadi bloeding, dan terbentuk saluran kapiler dan melalui saluran ini air keluar. Jika saluran kapiler ini tidak tertutup kembali, maka sifat beton tidak kedap air

(49)

Sesuai dengan “Standar Syarat Mutu dan Cara Pengujian Genteng Beton” SII.0447-81 Ketahanan terhadap perembesan air (rapat air), jika setiap genteng tidak boleh terjadi tetesan air dari bagian bawahnya pada saat dilakukan pengujian sesuai prosedur 3.2.6 uji kedap air. Dalam hal ini genteng akan basah tetapi tidak terdapat tetesan air, maka dinyatakan tahan terhadap perembesan air

2.18 Daya Serap Air

Pada saat terbentuk sampel kemungkinan ada terjadinya udara yang terjebak dalam lapisan agrgat atau terjadi karena dekomposisi mineral pembentuk akibat perubahan cuaca, maka terbentuklah lubang , atau rongga kecil didalam butiran agregat (pori). Pori dalam sampel bervariasi dan menyebar diseluruh butiran. Pori-pori mungkin menjadi reservoir air bebas didalam agregat. Presentasi berat air yang mampu diserap agregat dan serat didalam air disebut daya serapan air, sedangkan banyaknya air yang terkandung dalam agregat dan serat disebut kadar air.

Besar daya serap air untuk genteng tidak boleh lebih 10 % (SNI 03-0096-1995). Dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Daya Serap Air = x100% B

B A−

……….2.13

Keterangan :

A = massa setelah di rendam (gr) B = massa setelah di oven (gr)

2.19 Pembuatan Pulp

(50)

kimia. Dasar bahan baku ditandai dengan kenaikan penggunaa kayu kertas dari daerah iklim sedang dan tropika. Penggunaan sisa-sisa dari kayu industri pengolahan kayu lain( misalna kilang penggergajian, kilang pengetaman) makin lama makin penting. Yang lebih penting dikemudian hari, terutama dibanyak negara berkembang, mungkin berupa serpihan pohon keseluruhan dan penggunaan serat-serat bukan kayu. Limbah kertas dan karton sudah merupakan sumber serat yang tak dapat ditinggalkan dan bahkan akan lebih penting dikemudian hari disebabkan oleh perbaikan tehnik-tehnik pembuatan pulp serat sekunder

Disamping optimasi tujuan , kualitas pulp dan pengendalian kualitas yang penting dalam peningkatan teknologi pembuatan pulp adalah :

1. Meningkatkan rendemen pulp 2. Mengurangi kebutuhan energi

3. Mengurangi jumlah bahan kimia yang dibutuhkan untuk pembuatan pulp dan penggelantangan, termasuk peningkatan proses pemulihan bahan-bahan kimia 4. Mengurangi pencemaran udara dan air

5. Pengembangan proses pembuatan pulp bebas –belerang dan serangkaian penggelantangan yang bebas kalor

6. Fleksibilitas tinggi mengenai rendemen, kualitas dan kemungkinan penggelantangan pulp

7. Kondisi-kondisi proses yang memungkinkan penyiapan hasil samping pembuatan pulp

(51)

Pulp mekanis mempunyai sifat-sifat yang berbeda dengan pulp kimia. Sifat-sifat pulp mekanis pada umumnya merupakan sifat-sifat asli yang diperoleh dari bahan bakunya. Pada pembuatan pulp meanis lignin tidak dihilangkan atau sebagian saja dihilangkan sehinga mempunyai kandungan serat utuh yang lebih sedikit, bersifat kaku dan lebih pendek. Serat-serat pulp mekanis terdiri dari bundelan-bundelan serat dan fragmen-fragmen serat dari beberapa serat individu. Jika dibuat kertas akan menghasilkan lembaran yang bersifat bulki dan mempunyai opasitas yang baik. Sifat bulki dapat memberikan efek bantalan dalam lembaran sehingga membuat sifat mudah menyerap tinta dan sifat cetak yang baik. Pulp mekanis hanya dapat digunakan untuk kertas-kertas tertentu seperti kertas industri atau kertas koran

Proses semikimia merupakan kombinasi dari proses mekanis kimia. Serpih kayu atau tanaman berserat lainnya terlebih dahulu dilunakkan sebagian (digesting) dengan bahan kimia kemudian diikuti dengan aksi mekanis yang biasanya refiner. Rendemen dan sifat-sifat pulp semikimia merupakan intermediate pulp kimia dan mekanis. Pulp ini cocok digunakan untuk lapisan tengan kertas karton gelombang (corrugating

medium) . Pembuatan pulp pada penelitian pembuatan dan karakterisasi genteng beton

yang dibuat dari pulp serat daun nenas- semen Portland pozolan menggunakan proses semikimia.

2.19.1 Proses Semikimia

Proses pembuatan pulp semikimia dapat dibagi menjadi dua tingkat. Pertama serpih diproses dengan bahan kimia yang tidak terlalu banya untuk melunakkan ikatan antar serat selulosa dengan menghilangkan lignin dan hemiselulosa, kemudian dilanjutan perlakuan secara mekanis dengan cara penggilingan untuk memisahkan serat-seratnya. Proses mekanis kimia sama dengan semikimia, bedanya hanya penggunaan bahan kimia lebih sedikit dan kemudian dilanjutkan perlakuan secara mekanis yaitu dengan lebih banyak mendapatkan perlakuan penggilingan (refining). Prose semikimia ini terbagi atas:

(52)

NSSC adalah proses yang paling dominan dalam proses semikimia. Proses ini menggunakan sodium sulfite (Na₂SO₃) disangga dengan sodium karbonat (Na₂CO₃) untuk menetralkan asam-asam organik bebas yang terbentuk selama pemasakan. Kondisi proses yang umum digunakan pada suhu 106- 180 oC, waktu ¼ sampai 1 jam. Pulp NSSC dapat digunakan untuk kertas karton, karton gelombang dan kertas bon

2. Asam Sulfit

Pulping semikimia ini menggunakan asam sulfite (H₂SO₃), pulping ini banyak digunakan untuk kertas oran. Pulp sulfite rendemen tinggi didapat dari pemasakan pada suhu rendah, pada suhu ini melunakkan kandungan hemiselulosa pada pulp dan menaikkan rendemen

3. Bisulfit

Proses bisulfit relatif lebih baru dibandingan sulfite. Keuntungan proses ini adalah lebih sederhana dalam persiapan cairan pemasakan dan penyimpanan cairan pemasak tanpa vessel bertekanan. Metoda recovery bahan kimia pemasak dapat diterapkan.

Pemasakan dengan bisulfit lebih cepat daripada proses NSSC tetapi produk yang dihasilkan lebih lemah. Pulp ini dapat digunaan untuk kertas karton gelombang dan kertas karton

4. Semikimia Kraft

Pulp semikimia digunaan untuk jenis kertas karton liner dengan bahan baku softwood yang menghasilkan rendemen 56-65 %. Bahan kimia yang digunakan adalah cairan kraft (NaOH dan Na2S). Rendemen tinggi yang

(53)

menghilangkan sedikit lignin dan lebih banyak hemiselulosa dan menyebabkan kekuatan menurun

5. Soda Dingin

Proses ini adalah proses mekanis kimia yang tertua. Proses ini terdiri dari perendaman serpih dalam larutan NaOH pada suhu rendah sebelum direfining. Penambahan NaOH menyebabkan terjadinya pengembangan hemiselulosa dan daerah amorf pada serat. Perendaman dilakukan selama 30 sampai 120 menit pada tekanan atmosfir, kenaikan suhu sampai 80oC akan memperbaiki sifat-sifat fisik pulp, pada suhu tinggi harus dihindari karena akan mendegrasi dan melarutkan sebagian hemiselulosa. Adanya alkali yang diserap serpihan menyebaban energi refining yang dibutuhkan rendah dan meningkatkan kekuatan pulp. Pulp yang direfining mempunyai serat panjang lebih banyak dan fines yang sedikit. Untuk Pembuatan pulp dari daun nenas digunakan prosedur semikimia yaitu cara menggunakan soda api NaOH (Natrium Hidroksida)

Bab 3

METODE PENELITIAN

3.1. Alat dan Bahan Penelitian

3.1.1. Alat

Alat-alat yang digunakan dalam pembuatan sampel uji antara lain 1. Alat cetakan, terbuat dari besi dengan ukuran 20 cm x 10 cm

2. Alat penekan cetakan (hidrolik), berfungsi untuk menekan alat cetakan sehingga sampel yeng terbentuk padat

(54)

4. Jangka sorong berfungsi untuk mengukur panjang,lebar dan ketebalan sampel 5. Neraca analitik berfungsi untuk mengukur massa sampel

6. Tungku/kompor berfungsi untuk memasak daun nenas

7. Kain tipis berfungsi untuk melapisi bagian bawah cetakan sampel 8. Kawat Kasa (30 x 15) cm sebagai cetakan lembaran pulp daun nenas 9. Baskom sebagai tempat perendaman sampel

10.SEM (Scanning Electron Microscope) berfungsi untuk memperbesar gambar pulp serat daun nenas

11.Oven berfungsi untuk mengeringkan sampel (Gambar peralatan dapat dilihat pada lampiran 3)

3.2.2 Bahan

Bahan – Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Daun Nenas dari daerah Deli Serdang yang telah dikeringan

2. NaOH (Soda Api) 3,7 %

3. Semen Portland pozolan (semen Padang) 4. Pasir dari pasaran

5. Air Pam Tirtanadi 6. Kaporit

7. Lemkorf sebagai perekat

3.2 Prosedur Penelitian

3.2.1 Pembuatan Pulp Serat daun Nenas

Persiapan yang dilakukan pada pembuatan pulp serat daun nenas yaitu

1. Dimasukkan air 12 Liter kedalam drum dimasak sampai mendidih T= 100 oC 2. Setelah mendidih dimasukkan soda api (NaOH) 440 gr terlebih dahulu dan

juga daun nenas yang telah kering 2000 gr selanjutnya,