Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak

(1)

Rahmawaty : Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Yang Dikenai Beban Impak, 2009.

ANALISA STRUKTUR MARKA KERUCUT DENGAN

DASAR BETON YANG DIKENAI BEBAN IMPAK

(2)

ANALISA STRUKTUR MARKA KERUCUT DENGAN

DASAR BETON YANG DIKENAI BEBAN IMPAK

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam

Program Studi Teknik Mesin pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

RAHMAWATY

067015001/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

Judul Tesis : ANALISA STRUKTUR MARKA KERUCUT DENGAN

DASAR BETON YAN DIKENAI BEBAN IMPAK

Nama Mahasiswa : Rahmawaty

Nomor Pokok : 067015001

Program Studi : Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Ketua

(Prof.Dr.Ir. Samsul Rizal, M.Eng) (Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D)

(Anggota) (Anggota)

Ketua Program Studi,

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof.Dr.Ir.T. Chairun Nisa B.,M.Sc)

(4)

Telah diuji pada Tanggal: 30 Maret 2009

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

Anggota : 1. Prof.Dr.Ir. Samsul Rizal, M.Eng

2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

3. Dr. –Ing. Ikhwansyah Isranuri

(5)

ABSTRAK

Rancangan sebuah marka kerucut yang baik harus mempertimbangkan bentuk dan berat dasar untuk meningkatkan stabilitas marka kerucut. Dalam penelitian ini usaha menjaga stabilitas adalah dengan memodifikasi struktur bawah dengan dasar beton. Usaha untuk menjaga stabilitas dan fleksibilitas dari marka kerucut dilakukan dengan memotong bagian dasar dari marka kerucut komersial. Kemudian dengan dasar beton dihubungkan dengan empat lembar karet (strip karet) dengan kekerasan 79-81 D sebagai penyokong berat. Strip karet dan dasar beton dihubungkan dengan menggunakan baut dan mur sebagai pengikat di antaranya yaitu pada lokasi 1, 2 dan 3. Metode pengujian dilakukan dengan ayunan bandul bola beton 8,5 kg. Dasar penentuan jarak titik impak efektif diperoleh dari pengujian sepeda motor dan mobil. Untuk mendapatkan variasi energi beban impak dilakukan dengan mengatur tinggi beban impak yang berbeda yaitu h1, h2, h3 dan h4. Energi impak yang diperoleh dalam pengujian untuk masing-masing diatas adalah 20,35 Joule untuk h1, 30,01 Joule untuk h2, 43,5 Joule untuk h3 dan 64,02 Joule untuk h4. Dengan menggunakan energi impak tersebut diatas diperoleh bahwa jika sambungan baut dan mur dipasang pada lokasi 1 dan 2 konstruksi marka kerucut dasar beton tidak stabil, akan tetapi jika dipasang pada lokasi 3 konstruksi marka kerucut dasar beton lebih stabil (tidak jatuh). Klarifikasi kestabilan struktur menggunakan simulasi komputer software MSC Nastran dan Ansys yaitu dengan melihat respon dinamik pada tiga titik permukaan kerucutnya. Beban impak diberikan pada struktur kerucut bagian atas dengan model

beban berupa tegangan ( (t)). Hasil simulasi menunjukan bahwa tegangan normal

maksimum sumbu –X sebesar 13,02 MPa (node 3547 titik b), tegangan normal maksimum sumbu –Y dan –Z sebesar 0,489 MPa (node 5935 dan 4082 titik b), dan tegangan maksimum VonMises sebesar 37,6 MPa (node 3547 titik a). Hasil klarifikasi respon dinamik pada tiga titik menunjukkan distribusi tegangan yang terjadi semakin kecil mendekati dasar marka kerucut. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa beton sebagai dasar struktur bagian bawah kerucut, mampu menjaga stabilitas dari suatu marka kerucut.

(6)

ABSTRACT

In designing a good traffic cone, we have to consider the form and weight of the lower base structure. In this research to maintain the stability of traffic cone is conducted by modifying the lower base structure with concrete base material. It’s carried out by cutting the lower base of the commercial traffic cone. The concrete base is connected with four rubber strips of hardness 79 – 81 D using bolted joint that are location 1, 2 and 3. The method of testing to check the stability of structure the pendulum swing apparatus using concrete ball of weight 8.5 kg was used. To determine the effective location impact on the structure, direct impact using motorcycle and car was carried out. The variation of impact energy is obtained by

arranging the height of concrete ball impacting the traffic cone, i.e, h1, h2, h3, and h4.

The impact energy obtained in the examination for selected height is 20.35 Joule for h1, 30.01 Joule for h2, 43.5 Joule for h3 and 64.02 Joule for h4. Using the impact energy it’s obtained that if bolted joints are attached at locations 1 and 2 the construction of traffic cone with rubber base is unstable; however, if it’s attached at location 3 the construction of traffic cone is stable. To clarify the structural stability of the traffic cone FEM-Based software, MSC Nastran 4.5 and Ansys 2.0 were used. Responses of the structure were observed at three location on the upper structure, i.e, point a, b, and c. The impact load stress function of time ( (t)) was given to the upper cone structure. The result of simulation indicated that the maximum normal stress in X direction is 13,02 MPa (node 3547, point b), the maximum normal stress in Y and Z direction is 0,489 MPa (node 5935 dan 4082 point b), and the VonMises stress is 37,6 MPa (node 3547, point a). The result of the dynamic responses at three points selected above indicated that the distribution of stress is smaller approaching the lower base of traffic cone. From the experimental and simulation works we may conclude that the concrete materials is suitable for the lower base construction of the traffic cone.

(7)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas limpahan nikmat dan

karunia yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat membuat usulan

penelitian tesis dengan judul “Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Dasar

Beton Yang Dikenai Beban Impak”.

Tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap

mahasiswa untuk melakukan penelitian agar mendapatkan gelar Magister Teknik

pada Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Penulisan usulan penelitian tesis ini

terlaksana dan dapat terwujud berkat bimbingan yang cukup intensif dari komisi

pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara

moril maupun materil, langsung dan tidak langsung hingga selesainya usulan

penelitian tesis ini, yaitu kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Ketua

Komisi Pembimbing dan Ketua Program Studi Teknik Mesin SPs-USU; Prof. Dr. Ir.

Samsul Rizal, M.Eng dan Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D., selaku Anggota

Komisi Pembimbing; Dr.Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Sekretaris Program

Studi Mesin SPs-USU, seluruh Dosen yang telah banyak memberikan ilmu

pengetahuan serta Staf Administrasi Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, Melani.

Jeng Ari dan Sidiq atas bantuan administratif selama penulis mengikuti pendidikan di

Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Kemudian ucapan terima kasih kepada

Weriono, Izwar Lubis serta rekan-rekan mahasiswa lain yang banyak ikut membantu

dan memberikan informasi dalam penyelesaian usulan penelitian tesis ini.

Tak lupa pula penulis mempersembahkan semua ini khusus kepada

Almarhumah Ibunda tersayang Hj. Tiasni Hrp, SH yang telah memberikan kasih

(8)

suami Ahmad Rizali Nasution, ST., dan jagoan kecil M. Fatih Nasution, yang telah

banyak mengorbankan waktu selama pendidikan dan penyelesaian penelitian tesis ini,

Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Bapak

Ir. H. A. Halim Nst, MSc.,selaku Ketua STT Harapan, Bapak Ir. H. Amirsyam Nst,

MT., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin STT Harapan yang telah

memberikan kesempatan serta dorongan kepada penulis dalam melanjutkan

pendidikan serta seluruh rekan-rekan di STT Harapan Medan dan PD. Aneka Industri

dan Jasa, dan juga semua pihak yang telah banyak mendukung didalam

penyelesaiannya.

Demikianlah penulis mohon saran dan kritik yang membangun sehingga dapat

membantu dalam memperbaiki dan melengkapi kesempurnaan tesis ini agar

memperoleh hasil yang lebih baik dan akhirnya tak lupa penulis mengucapkan terima

kasih atas bantuan dan perhatiannya.

Medan, Juni 2009

Penulis,

Rahmawaty

(9)

RIWAYAT HIDUP

Nama : Rahmawaty

Tempat, Tanggal Lahir : Medan, 1 Agustus 1979

Pekerjaan : Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin

Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan

Alamat Kantor : Jl. Imam Bonjol No. 35 Medan

Alamat Rumah : Jl. SM Raja Garu VI No. 15 A Medan

Telp./Hp : 061 – 7862346 / 0811643418 / 061 – 77396496

Pendidikan :

Tahun 1988 – 1994 : SD Yayasan Pendidikan Harapan Medan

Tahun 1991 – 1994 : SMP Yayasan Pendidikan Harapan Medan

Tahun 1994 – 1997 : SMU Negeri 1 Medan

Tahun 1997 – 2000 : D3 Politeknik Negeri Medan

Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Energi

Tahun 2000 – 2002 : S1 Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan

Program Studi Teknik Mesin

Riwayat Pekerjaan :

Tahun 2003 – sekarang : Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin

STT - Harapan Medan

(10)

3.3 Desain Ulang Marka Kerucut Dengan Dasar Beton... 18

3.3.1. Pembuatan Spesimen Uji Tarik dan Impak ... 19

3.3.2. Pengukuran Berat Jenis Karet ... 21

3.3.3. Pengukuran Uji Tarik Karet ... 23

3.3.4. Pengukuran Berat Jenis Beton ... 26

3.3.5. Beton Sebagai Alas Dari Marka Kerucut... 31

3.4 Penyelidikan Stabilitas Marka Kerucut ... 46

3.4.1. Pengujian Impak dan Tarik Statik Material Marka Kerucut ... 46

(11)

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 56

4.1 Evaluasi Marka Kerucut Komersial……… 56

4.1.1. Menggunakan Metoda Ayunan Bola Jatuh ……… 56

4.1.2. Menggunakan Sepeda Motor Honda Supra ……… 57

4.1.3. Menggunakan Mobil Jenis Mini Bus (Panther) ………. 58

4.2 Analisa Marka Kerucut yang Telah Didesain Ulang ………. 61

4.2.1. Metoda Ayunan Bola Jatuh ………. 61

4.2.2. Menggunakan Sepeda Motor Honda Supra ……… 90

4.2.3. Menggunakan Mobil Jenis Mini Bus (Panther) …….. 91

4.3 Analisa Stabilitas Marka Kerucut………94

4.4 Analisa Distribusi Tegangan ………. 96

4.4.1. Analisa Simulasi Pengaruh Kelenturan Strip Base Karet Akibat Gaya Gravitasi ………. 96

4.4.2. Analisa Simulasi Pengaruh Kelenturan Strip Base Karet Pada Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Akibat Beban Impak ………. 106

4.4.3. Analisa Simulasi Distribusi Tegangan Yang Terjadi Pada Dasar Beton Akibat Gaya Gravitasi ………….. 112

4.4.4. Analisa Simulasi Dinamik Menggunakan NASTRAN Terhadap Marka Kerucut Dasar Beton Dengan Beban Maksimum Berat Bola Beton 8,5 kg ………. 116

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ……… 132

5.1 Kesimpulan ……….. 132

5.2 Saran ……… 134

(12)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

3.1 Pengujian Berat Jenis Karet Strip Base ……… 23

3.2 Pengukuran Lubang ……… 45

4.1 Pengujian Marka Kerucut Komersial Menggunakan Sepeda Motor ……….. 57

4.2 Pengujian Marka Kerucut Komersial Menggunakan Mobil ……….……….. 58

4.3 Hasil Pengukuran Uji Tarik Karet ……… 62

4.4 Pengujian Strip Base Akibat Gaya Gravitasi ………. 65

4.5 Pengujian Lifting Dengan Penumpuan ……… 76

4.6 Pengujian Lifting Dengan Tanpa Penumpuan ……… 77

4.7 Hubungan Gaya Eksternal dan Perpindahan Dasar Marka Kerucut ……….. 80

4.8 Hasil Energi Impak Minimun ………. 82

4.9 Data Pengujian Impak ……….. 86

4.10 Pergeseran Marka Kerucut Akibat Energi Impak Minimum …….. 87

4.11 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Dengan Dasar Karet Menggunakan Sepeda Motor ……… 90

4.12 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Menggunakan Mobil Dengan Dasar Karet ……….……… 92

4.13 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Menggunakan Mobil Dengan Dasar Beton ……….……… 93

(13)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Langkah-Langkah Proses Evaluasi Dan Konsep Generasi... 8

2.2 Lima Metode Konsep Generasi ... 9

2.3 Marka Kerucut Dengan Dasar Karet………. 10

2.4 Contoh Marka Kerucut Yang Telah Didesain Ulang ………. 11

2.5 Marka Kerucut Dengan Dasar Karet………..12

2.6 Kerangka Konsep Penelitian ……… 13

3.1(a) Marka Kerucut Komersial ……… 16

3.1(b) Marka Kerucut Polimer Konvensional ……… 16

3.2 Marka Kerucut Standart Desain ……….……… 17

3.3 Spesimen Uji Tarik Karet ………..……….. 20

3.4 Timbangan Digital ……….. 22

3.5 Pengukuran Dengan Gelas Ukur ……….. 22

3.6 Tokyo Testing Machine Type : SC-2DE ………. 24

3.7 Pemasangan Spesimen Karet ………. 25

3.8 Unsur-Unsur Pembuat Beton ……… 26

3.9 Presentase Komposisi Beton ……… 27

3.10 Presentase Volume Komposisi Beton Pada Umumnya ……….. 28

3.11 Tegangan Tekan Benda Uji Beton ……… 29

3.12 Diagram Kuat Beton Versus Umur Beton ………. 30

3.13 Mesin Uji Tekan Beton Mesin Wykeham Farrance Engineering – Slough England ……….. 32

3.14 Cetakan Dasar ………. 33

3.15 Pasir Yang Digunakan Pada Pencetakan Dasar Beton ……… 34

(14)

3.17(a) Timbangan OHANS ……….. 35

3.17(b) Proses Penimbangan ………. 35

3.18(a) Proses Persiapan Pencampuran Adukan ……… 36

3.18(b) Proses Pencampuran (Mixing) ………. 36

3.19(a) Adukan Dituang Kedalam Cetakan Yang Telah Disediakan ………. 37

3.19(b) Proses Pemadatan Menggunakan Benda Pemadat ………. 38

3.19(c) Proses Pencetakan Material Uji ……….. 38

3.19(d) Adukan Setelah Dipadatkan ……… 39

3.20 Marka Kerucut Yang Telah Didesain Ulang………. 40

3.21(a) Dimensi Dasar Beton ………. 41

3.21(b) Dasar Beton Yang Telah Diberi Baut ……… 42

3.22(a) Strip Base Karet ………. 42

3.22(b) Pemasangan Strip Base Karet ………. 43

3.23(a) Dasar Beton Yang Telah Diberi Lubang ………. 43

3.23(b) Dasar Beton Setelah Dirangkaikan ………. 44

3.24 Strip Base ……… 44

3.25 Marka Kerucut Setelah Didesain Ulang ………. 45

3.26 Impak Prinsip Ayunan Bola Jatuh ……….. 47

3.27 Bola Diset Di Tengah Marka Kerucut ………. 48

3.28(a) Guiden ……….. 48

3.28(b) Posisi Awal Bola Dan Guiden ……… 49

3.29 Empiris Prinsip Ayunan Bola Jatuh ……….. 50

3.30 Pengujian dengan Menggunakan Sepeda Motor ………... 52

3.31 Pengujian Dengan Mobil ………..……… 53

3.32(a) Sket Marka Kerucut Polimer Komersial ……….. 55

3.32(b) Sket Marka Kerucut Desain Ulang ……… 55

4.1 Pengujian Marka Kerucut Komersial……… 56

4.2 Pengujian Menggunakan Sepeda Motor ……….. 57

(15)

4.4 Marka Kerucut Komersial Yang Mengalami Pecah ……….. 60

4.5 Dasar Bawah Kerucut Yang Mengalami Kerusakan ………. 61

4.6 Grafik Tensile Test ……….. 62

4.7 Pertambahan Panjang Setelah Uji Tarik ………... 63

4.8 Patahan Setelah Uji Tarik ……… 63

4.9 Srtip Base Dengan Lebar 30 mm, 40 mm, 50 mm ……… 65

4.10 Grafik Kelenturan Strip Base ……….. 66

4.11 Pengujian Kelenturan Strip Base ……… 66

4.12 Kurva Stress Strain Tipikal Untuk Agregat, Pasta semen Dan Beton… 67 4.13 Cetakan Pengujian ………. 68

4.14(a) Proses Pencetakan Dengan Terlebih Dahulu Dipadatkan Menggunakan Alat Tekan ……….. 69

4.14(b) Adukan Setelah Dipadatkan ……….. 69

4.15 Beton Pengujian Yang Telah Siap Uji………. 70

4.16 Mesin Wykeham Farrance Engineering - Slough England ………….. 71

4.17 Mesin Pembacaan Kuat Tekan Mesin WF ………. 72

4.18 Beton Yang Telah Mengalami Penekanan ………. 72

4.19 Beton Yang Telah Hancur……… 73

4.20 Lifting Pemberat ………. 74

4.21 Dasar Beton Yang Diberi Pemberat……… 75

4.22(a) Dimensi Pengukuran Derajat Kemiringan Bidang Kerucut Akibat Pengaruh Gaya Eksternal ……….. 78

4.22(b) Pengukuran Derajat Bidang Kerucut Pengaruh Gaya Eksternal………. 79

4.23 Uji Impak ………. 82

4.24(a) Posisi Awal Bola Menggunakan Guide ………. 83

4.24(b) Posisi Awal Bola Pada Saat Nol ………. 84

4.24(c) Posisi Awal Bola Dengan Jarak Tertentu ……….. 85

4.25(a) Posisi Maksimum Bola Tampak Samping……… 87

(16)

4.26 Retak Yang Terjadi Pada Dasar Beton………. 88

4.27 Sisi Yang Mengalami Retak I ……… 89

4.28 Sisi Yang Mengalami Retak II……….. 89

4.29 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Dengan Dasar Karet

Menggunakan Sepeda Motor ……… 91

4.30 Pengujian Marka Kerucut Desain Ulang Dengan Dasar Karet

Menggunakan Mobil ………..……… 92

4.31 Strip Base 30 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement –X) … 97

4.32 Strip Base 30 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement –Y) …. 98

4.33 Strip Base 30 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Stress–X) ….……... 99

4.34 Strip Base 40 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement – sb X) … 100

4.35 Strip Base 40 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement – sb Y) ... 101

4.36 Strip Base 40 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Stress–X) ………... 102

4.37 Strip Base 50 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement – sb X) ... 103

4.38 Strip Base 50 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Displacement – sb Y) ... 104

4.39 Strip Base 50 mm Pengaruh Gaya Gravitasi (Stress– sb X) ……..….. 105

4.40 Analisa Displacement Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang I ……… 106

Pada Lubang II……… 107

Pada Lubang III………108

4.43 Analisa Stress Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang I ……… 109

4.44 Analisa Stess Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang II ………….……….……... 110

4.45 Analisa Stress Strip Base Akibat Ayunan Bola Beton

Pada Lubang III ………. 111

4.46 Mesh 3D Dengan Type Solid Brick 8 Node ……….. 112

4.47 Analisa Dasar Beton Dengan Displacement Pada Sumbu x …………. 113

(17)

4.49 Pengaruh Berat Dasar Beton Akibat Panjang Dasar Beton

(Pengaruh Gaya Gravitasi) Stress Sumbu – x ……… 115

4.50 Marka Kerucut Dengan Dasar Beton Case 100 Dengan Waktu

Penjalaran 0,88 Detik ………. 116

4.51 Grafik Fungsi Waktu 0,88 Detik ……….. 117

4.52 Solid Von Mises Stress Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 30 Waktu 0,2552 Detik ………. 117

4.53 Solid Normal Stress Sumbu X Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

4.54 Solid Normal Stress Sumbu Y Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

4.55 Solid Normal Stress Sumbu Z Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 60 Waktu 0,5192 Detik ……….. 121

Pada Case 60 Waktu 0,5192 Detik ……… 121

4.58. Solid Normal Stress Sumbu Y Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

Pada Case 90 Waktu 0,7832 Detik ……….. 124

4.62 Solid Normal Stress Sumbu Y Marka Kerucut Dengan Dasar Beton

4.64 Grafik Solid Von Mises Pada Elemen 3547,5935,4082 ……… 128

4.65 Grafik Solid X Normal Stress Pada Elemen 3547,5935,4082 ………. 128

4.66 Grafik Solid Y Normal Stress Pada Elemen 3547,5935,4082 ………. 129

(18)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1 Data Pemeriksaan Kuat Tekan Beton ……… 136

2 Alat Uji Ayunan Bola Bandul ……… 138

(19)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Untuk mempertimbangkan keselamatan, keamanan, ketertiban dan kelancaran

serta kemudahan bagi pemakai jalan dalam berlalu lintas, maka diperlukan

perlengkapan jalan yang memadai dan memenuhi persyaratan dalam penyelenggaraan

serta untuk mencapai hasil guna dan daya guna dalam pemanfaatan untuk lalu lintas

menjadi alasan menarik bagi penulis dalam melakukan desain ulang suatu marka

kerucut (traffic cone) yang banyak kita temui di jalan raya. Namun kebanyakan

masyarakat kurang menyadari pentingnya keberadaan marka kerucut, bahkan sering

kita temui marka kerucut tersebut jatuh atau tumbang bahkan pecah akibat tersenggol

atau tertabrak oleh kenderaan bermotor yang melintas dijalanan tersebut.

Fungsi dari marka kerucut itu sendiri adalah sebagai marka jalan yang dirancang

sebagai usaha penertiban lalu lintas. Marka kerucut dirancang sedemikian rupa dan

harus dapat memantulkan cahaya pada malam hari dengan menggunakan butiran

kristal kaca, [SK Dirjen Perhubungan No. 116 Tahun 1997]. Sebagai marka jalan

yang tidak permanen, marka kerucut harus bisa dipindah-pindahkan dengan mudah

dengan tetap mempertimbangkan berat total dari suatu marka kerucut.

Sifat bahan dari marka kerucut tidak mudah berubah terhadap pengaruh cuaca,

tidak luntur dan tahan terhadap minyak atau sejenisnya, alas kerucut yang digunakan

(20)

Marka kerucut yang biasa digunakan dijalan raya menggunakan material polimer

polietilen, akan tetapi pada penelitian ini terdapat perbedaan dalam desain

penampilan antara lain:

1. Kerucut komersial yang diproduksi memiliki prototype yang senyawa

antara bagian atas kerucut dengan dasarnya, sedangkan pada penelitian

ini dasar kerucut dipotong dan beton didesain sedemikian rupa

menyerupai dasar awal kemudian dibuat sekat diantaranya yang

dihubungkan dengan menambahkan empat potongan karet (strip base)

sebagai penyokong berat kerucut.

2. Pada kerucut komersial memiliki sifat yang kaku, sedangkan yang telah

di desain ulang ditambahkan empat potong karet yang bersifat fleksibel

pada bahagian bawah kerucut.

Chung-Fu Wang [1] tahun 2006, telah melakukan penelitian stabilitas marka

kerucut yang dikenai beban impak dengan menggunakan dasar (base) karet. Pada

penelitian ini dasar yang digunakan adalah beton dengan asumsi bahwa beton

memiliki berat yang cukup kuat untuk menahan benturan dari luar sehingga pada saat

kerucut terkena gaya eksternal, kerucut hanya bergerak bahagian atasnya saja, dan

dengan adanya karet akan mengembalikan keposisi semula ataupun tidak jatuh.

Untuk meningkatkan stabilitas dan fleksibilitas dari marka kerucut yang telah

banyak dikonsumsi menjadi alasan dilakukannya desain ulang dengan tanpa

(21)

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah agar kontraktor dapat

meningkatkan kekuatan dan ketahanan dari marka kerucut yang telah ada, dan juga

kepada masyarakat pengguna jalan raya sadar betapa pentingnya marka kerucut

sebagai sarana penertiban jalan raya.

1.2. Perumusan Masalah

Stabilitas dan fleksibilitas yang masih rendah dari suatu marka kerucut menjadi

alasan menarik, penting dan perlu diteliti oleh peneliti. Permasalahan yang ingin

diteliti adalah sejauh mana kekuatan dan ketahanan dari marka kerucut yang dikenai

beban impak. Penelitian ini dilakukan dengan memberikan beban impak secara

langsung menggunakan metode ayunan bola bandul pada marka kerucut, serta

melakukan pengujian langsung menggunakan kendaraan bermotor, dengan cara

menabrak langsung marka kerucut dengan variasi kecepatan kenderaan, dan untuk

melihat respon yang diterima marka kerucut pada beberapa lokasi yang dipilih

digunakan software berbasis elemen hingga ANSYS dan untuk menganalisa

distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut digunakan MSC NASTRAN for

windo ws 4.5.

Dengan dilandasi pada latar belakang diatas peneliti memandang perlu dilakukan

(22)

1.3. Tujuan Penelitian

Penelitian ini mencakup dua tujuan yaitu tujuan umum dan tujuan khusus.

a. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menganalisa struktur marka

kerucut menggunakan dasar beton yang dikenai beban impak.

b. Tujuan Khusus

1. Mengevaluasi respon marka kerucut komersial yang dikenai beban impak.

2. Melakukan desain ulang marka kerucut menggunakan dasar beton.

3. Menyelidiki stabilitas dari marka kerucut komersial dan dengan

menggunakan dasar beton.

4. Menganalisa distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut dengan

menggunakan software ANSYS dan NASTRAN.

1.4. Manfaat Penelitian

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui sejauh mana stabilitas dan

kekuatan sebuah marka kerucut yang telah di desain ulang dengan menambahkan

beton pada kaki marka kerucut untuk dapat memberikan hasil yang lebih tahan

terhadap benturan dari luar, sehingga profil kerucut dalam perancangan dapat lebih

dioptimalkan. Selain itu penelitian ini juga diharapkan bermanfaat bagi

perkembangan ilmu pengetahuan dan penggunaan praktis bagi industri maupun

instansi pemerintah, dan juga para peneliti-peneliti lain dalam mengembangkan ilmu

(23)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Pustaka

Disain produk merupakan proses pengembangan konsep awal untuk mencapai

permintaan dan kebutuhan dari konsumen. Suatu desain produk yang baik dapat

mendorong pengembangan yang sukses, dan suatu desain didasarkan kepada

kelebihan produk, kepraktisan dari perakitan, ongkos pabrikasi, pemasaran dan faktor

kombinasi apakah desain produk tersebut memenuhi persyaratan yang dibutuhkan

pelanggan [2].

Ada beberapa pendekatan dasar dari proses disain : untuk memperkecil

pemakainan material; untuk mendaur ulang; karena tidak sesuai; karena produksi

ulang alasan memperkecil bahan dengan resiko tinggi; efisiensi yang tinggi; dan

untuk mencapai regulasi standart [3].

Suatu disain yang efektif terdiri dari tiga unsur-unsur [4], yaitu:

1. Masukan dokumen untuk disain yang akhir terdiri dari dokumen seperti

spesifikasi produk yang alan didesain (Product Design Spesification / PDS) ,

mutu atau Quality Function Deployment (QFD) dan analisa teknik seperti lisis

teknis seperti Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid

Dynamics (CFD), Failure Models dan Effect Analysis (FMEA), mutu

perencanaan, analisa ketahanan termasuk, hasil dari kecakapan menguji,

(24)

berharga proyeksi. Dokumentasi ini dapat sangat besar dan bukanlah semua

tercakup di desain yang akhir. Unsur-Unsur yang penting akan telah ditinjau

sebelumnya dan mereka akan bersertifikat di desain yang akhir. Masukan yang

penting yang lain bagi pertemuan adalah pemilihan dari orang-orang siapa yang

akan tinjauan ulang. Mereka harus diberi hak untuk membuat keputusan tentang

disain dan mempunyai tanggung jawab dan kemampuan untuk mengambil

tindakan korektif.

2. Suatu pertemuan yang efektif memproses pertemuan desain secara formal

tersusun dengan agenda. Disain yang akhir lebih dari suatu audit berlawanan

dengan tinjauan ulang yang lebih awal, yang lebih multifungsional

memecahkan masalah sesi.

3. Suatu keputusan yang sesuai dari disain yang akhir adalah suatu keputusan

seperti pada produk adalah siap untuk dilepaskan keproduksi departemen.

Kadang-kadang keputusan untuk berproses adalah bersifat sementara, dengan

beberapa isu yang terbuka yang perlu untuk dipecahkan, penilaian perubahan

dapat dibuat sebelum peluncuran produk.

Proses generasi konsep dimulai dengan spesifikasi target dan kebutuhan pelanggan

sehingga konsep produk tersebut menghasilkan suatu pemilihan akhir yang baik.

Suatu konsep produk adalah suatu pendekatan uraian tentang teknologi,

prinsip kerja, dan format dari produk itu. Hal ini merupakan suatu uraian yang

(25)

konsep pada umumnya dinyatakan sebagai sket atau sebagai model uraian tiga

dimensi. Derajat tingkat kepuasan suatu produk diukur sejauh mana pelanggan

merasa puas serta sukses diperdagangkan sesuai dengan mutu yang mendasari

konsep.

Suatu konsep yang baik kadang-kadang dirasa kurang baik diterapkan di tahap

pengembangan yang berikut, tetapi suatu konsep yang lemah jarang dikembangkan

untuk mencapai sukses komersil. Generasi konsep dapat dilakukan dengan relatif

murah dan bisa dilakukan secara relatif cepat, perbandingan bagi dari proses

pengembangan. Proses generasi konsep dapat diuraikan seperti yang diungkapkan

oleh Eppinger dan Ulrich (1995) dan sebuah evaluasi serupa dengan yang digunakan

oleh Ullman ( 1997) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Metoda generasi konsep dapat juga diuraikan menjadi lima langkah metoda

(Gambar 2.2).

a. Langkah 1: Memperjelas masalah.

b. Langkah 2: Mencari secara eksternal.

c. Langkah 3: Mencari secara internal.

d. Langkah 4: Menyelidiki secara sistematis.

(26)

(27)

Gambar 2.2 Lima Metode Konsep Generasi (Ulrich & Eppinger, 1995) 1.Clarify the problem

• Understanding

• Problem

decomposition

• Focus on critical

(28)

Chung-Fu Wang [1] telah melakukan penelitian sebelumnya dengan

menggunakan karet sebagai base dan strip base dari suatu marka kerucut, seperti

gambar 2.3. dibawah ini.

Gambar 2.3 Marka Kerucut Dengan Dasar Karet

Dimana:

a) a. kerucut,

b) b. base atau dasar yang terbuat dari karet

c) c. strip base yang terbuat dari karet

Dibawah ini beberapa contoh marka kerucut yang telah di desain ulang, tetapi kurang

(29)

(a) (b)

(c)

(30)

Setelah melakukan beberapa kali pengujian, maka diambil kesimpulan bahwa marka

kerucut yang di desain ulang yang baik adalah seperti Gambar 2.5 dibawah ini.

Gambar 2.5 Marka Kerucut Dengan Dasar Karet

Marka kerucut dengan dasar karet memiliki keunggulan karena sifat karet itu sendiri

yang fleksibel, mudah dipindah-pindah, akan tetapi kurang tahan terhadap benturan

(31)

2.2. Kerangka Konsep Penelitian

Gambar. 2.6. Kerangka Konsep Penelitian

Beban Impak, diperoleh dengan menggunakan Metode ayunan bola jatuh dan melakukan pengujian

Peningkatan kekuatan dan stabilitas dari marka kerucut dengan menggunakan dasar beton sebagai usaha penertiban jalan

Perlu melakukan pengujian kekuatan marka kerucut menggunakan dasar beton dengan menggunakan metode ayunan bola beton dan pengujian langsung dengan menggunakan kenderaan bermotor.

Peneliti melihat, membandingkan dan menghitung hasil akhir

Variabel yang dibutuhkan :

1. Kecepatan ayunan bola beton

dengan variasi jarak l dan x.

2. Kecepatan kenderaan

bermotor pada saat menyentuh kerucut

Hasilnya :

a. Mengetahui respon marka kerucut

komersial yang dikenai beban impak.

b. Mengetahui respon marka kerucut

yang telah di desain ulang, dengan dasar beton.

c. Memperoleh stabilitas dari

masing-masing marka kerucut.

d. Mengetahui distribusi tegangan

(32)

BAB 3

METODE PENELITIAN

Metode penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metodologi

“deskriptif” yang menujukan struktur yang penting tentang disain, dan metodologi

“preskriptif” yang berkenaan dengan bagaimana proses disain harus didekati secara

efektif [Roozenburg& Eekels, 1991].

Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan pekerjaan penelitian: re-desain

pembuatan marka kerucut polimer, penyelidikan prilaku mekanik akibat beban impak

dengan menggunakan metoda ayunan bola jatuh dan pengujian langsung dengan cara

menabrak langsung marka kerucut yang telah didesain ulang, pengujian tarik statik

material karet strip base, pengujian stabilitas marka kerucut bahan polimer serta

penyelidikan karakteristik propagasi tegangan pada marka kerucut. Terakhir adalah

analisa kegagalan marka kerucut polimer, yang pada gilirannya dapat menganalisis

fungsi marka kerucut polimer sebagai alat bantu lalu lintas jalan.

3.1. Tempat dan Waktu

3.1.1. Tempat

Penelitian kekuatan marka kerucut terhadap beban impak dilakukan di

Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara dengan menggunakan metode ayunan bandul

(33)

Penelitian dengan simulasi komputer dilaksanakan di IC-Star USU dengan

menggunakan software ANSYS dan NASTRAN.

Uji kuat beton dilakukan di Laboratorium Sipil Politeknik Negeri Medan,

dan uji tarik karet sebagai strip base dilakukan di Laboratorium FMIPA

Universitas Sumatera Utara.

3.1.2. Waktu

Waktu penelitian dilaksanakan mulai bulan September 2007 s/d Agustus

2008.

3.2. Marka Kerucut Komersial

Marka kerucut komersial dengan bahan polimer polietilen, benar-benar disain

yang sederhana, dengan pondasi yang luas. Marka kerucut komersial yang banyak

dikomsumsi oleh masyarakat telah memenuhi standart uji sesuai dengan Dirjen

Perhubungan No. 116 Tahun 1997, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1 dibawah ini.

Badan kerucut terdiri dari suatu cekungan, yang terbuat dari bahan

polyethylene dengan bentuk yang simetris. Ketebalan dari kerucut kulit adalah sekitar

2,53mm s.d 4,15mm. Tingginya kerucut 560 mm dan beratnya adalah 1,665kg.

Diameter sebelah dalam dari alas kerucut adalah 210 mm, dan diameter dari puncak

dari kerucut adalah 50 mm, seperti ditunjukkan pada gambar 3.1(a), dan kerucut

(34)

Gambar 3.1(a) Marka Kerucut Komersial

(35)

Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa marka kerucut dirancang sedemikian rupa

dan harus dapat memantulkan cahaya pada malam hari dengan menggunakan butiran

kristal kaca. [SK Dirjen Perhubungan No. 116 Tahun 1997]. Sebagai marka jalan

yang tidak permanen, marka kerucut harus bisa dipindah-pindahkan dengan mudah

dengan tetap mempertimbangkan berat total dari suatu marka kerucut. Seperti

diperlihatkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 3.2 Marka Kerucut Standart Desain

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk pengembangan diskusi dan aplikasi

lebih lanjut dengan menggunakan suatu pengetahuan dari dinamika dan mekanika

(36)

Untuk memudahkan respon marka kerucut terhadap beban eksternal, maka

marka kerucut diambil dari hasil poduksi komersial dengan memotong bahagian

bawah (kaki) marka kerucut kemudian diambil kerucutnya. Kemudian kaki marka

kerucut tersebut dirangkai sedemikian rupa dengan menambahkan beton sebagai

dasar yang memiliki kuat tekan yang relatif tinggi dibandingkan kuat tariknya,

dengan demikian terjaga stabilitas kerucut jika terkena pembebanan eksternal

sehingga kerucut tidak mudah jatuh.

Marka kerucut lalu lintas yang dikembangkan di sini meliputi banyak

parameter dan variabel, sebagai contoh kekakuan dari badan kerucut, kekuatan tekan

dari beton dan kekuatan tarik dari dasar yang terbuat dari karet. Semua parameter ini

secara langsung atau secara tidak langsung mempengaruhi resultan perancangan

marka kerucut ini. Dalam menetapkan suatu model dan menyelesaikan analisa,

perolehan relevan data untuk memberi makna ke dalam model adalah sangat penting.

Berikutnya adalah eksperimen dengan data, dan nilai-nilai unsur dasar untuk analisa

dan simulasi lebih lanjut.

3.3. Desain Ulang Marka Kerucut dengan Dasar Beton

Sebelum kita melakukan proses desain ulang, terlebih dahulu kita persiapkan

bahan-bahan material yang akan kita uji. Pada proses desain ulang ini peneliti

(37)

3.3.1. Pembuatan spesimen uji tarik dan impak

Karet alam yang dibuat sebagai material strip base marka kerucut ini diproses

dengan menambahkan belerang 30% – 40% belerang, karbon hitam dan zat pewarna,

dibuat campuran serta dibentuk dengan tekanan dan divulkanisasi oleh reaksi

penyilangan sambil dipanaskan untuk mendapatkan benda cetakan. Proses pencetakan

sesuai dengan ketebalan yang didinginkan yaitu lembaran karet ketebalan 5 mm

sesuai standard material kemudian dilakukan penekanan serta pemanasan sesuai

cetakan yang sudah dipola (pattern).

Karet alam yang diinginkan adalah material yang tidak terlalu mempunyai

kekerasan terlalu rendah (kekakuan tinggi) dan mempunyai harga ke ekonomisan

untuk dapat digunakan sehingga dipilih karet alam hardness 79 – 80 yang paling

tinggi diproduksi di PTPN III.

Untuk mendapatkan sifat mekanik material karet tersebut, maka terlebih

dahulu disiapkan spesimen berbentuk jomini dan karet untuk diuji statik dan impak.

Prosedur pembuatan spesimen jomini dan karet meliputi dua proses utama, yakni

persiapan dan pembentukan. Setelah proses persiapan dilaksanakan, maka dilanjutkan

dengan proses pembentukan sesuai spesiemen alat uji dengan berbahan karet yang

bekerjasama dengan PTPN III yang akan digunakan sebagai strip base juga beton

(38)

Gambar 3.3 Spesimen Uji Tarik Karet

Data yang diperoleh dari uji statik dan impak antara lain :

a. Modulus Young, E (GPa)

b. Nisbah Poisson, v

c. Kekuatan Tarik Statik, St (MPa)

d. Kekuatan Tarik Impak, Sit (MPa)

Informasi di atas akan digunakan dalam simulasi komputer, menggunakan ANSYS,

untuk mendapatkan :

40

2

5

(39)

a. Kontur Tegangan

b. Klarifikasi kegagalan marka kerucut

c. Ukuran yang optimum

Hasil simulasi diharapkan akan menjadi masukan bagi perbaikan desain dan pabrikasi

marka kerucut generasi berikutnya.

3.3.2. Pengukuran berat jenis karet

Tujuan pengukuran ini untuk mendapatkan berat jenis dengan mengukur

massa dan volume alas dasar karet dan lembaran karet diukur untuk menghitung berat

jenis material. data ini diperlukan sebagai masukkan untuk simulasi komputer.

Terdapat dua perbedaan metode dipakai menentukan berat jenis untuk mereduksi

banyak kesalahan pengukuran.

Metode kerjanya adalah :

1. Porsi kecil material diambil dari alas dasar karet dan lembaran karet kemudian

diukur beratnya.

2. Metode 1, prinsip Archimedes dipakai menentukan volume objek memakai

buoyancy.

3. Metode 2, setiap objek ditempatkan ke pengukuran selinder partial diisi

dengan air, mengubah tingkat air sesuai volume objek.

4. Nilai volume dan massa setiap porsi dipakai menghitung berat jenis material,

(40)

Gambar. 3.4 Timbangan Digital

(41)

Tabel dibawah ini menunjukkan berat jenis karet pada strip base.

Tabel 3.1 Pengujian Berat Jenis Karet Strip Base

Metode

3.3.3. Pengukuran Uji Tarik Karet

Pengujian tarik pada spesimen karet bertujuan untuk mengetahui sejauh mana

kekuatan tarik maksimm karet dengan pembebanan tertentu yang diperoleh dari nilai

yield point, ultimate strength point, breake point, dan elongation untuk memperoleh

harga tegangan, regangan dan modulus young dari material.

Mesin uji tarik yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

Tokyo Testing Machine MFG co.ltd

Tokyo – Japan

Electronic System Universal Testing Machine

Type : SC – 2DE

(42)

Dalam penelitian ini Mesin tersebut menggunakan

Kecepatan Testing : 50 mm/menit

Beban : 100 kg

Gambar. 3.6 Tokyo Testing MachineType : SC – 2DE

Langkah-langkah proses pengujian:

1. Material karet dipotong dengan menggunakan cetakan (moulding)sesuai standart

ASTM D 412 (Gambar. 3.2)

2. Spesimen uji tarik dipasangkan ke pengikat mesin pengujian (Gambar 3.6)

(43)

4. Letakkan kertas grafik pada meja plotter untuk mencatat besarnya tegangan dan

regangan yang akan terjadi

5. Perhatikan angka yang muncul pada layar yang menunjukkan besar tegangan dan

regangan yang terjadi.

(44)

3.3.4. Pengukuran berat jenis beton

Beton adalah material komposit yang rumit. Sebagai material komposit, sifat

beton sangat tergantung pada sifat unsur masing-masing serta interaksi mereka. Ada

tiga sistem umum yang melibatkan semen, yaitu pasta semen, mortal dan beton.

Gambar 3.8. Unsur-Unsur Pembuat Beton

Ketiga sistem tersebut dapat pula dipandang sebagai model komposit dengan 2 fase,

yaitu fase matriks dan fase terurai. Kadang kala beton masih ditambah lagi dengan

bahan kimia pembantu (admixture) untuk mengubah sifat-sifatnya ketika masih

berupa beton segar (fresh concrete) atau beton keras.

Beton mempunyai kuat tekan yang besar sementara kuat tariknya kecil. Pada

struktur bangunan, beton selalu dikombinasikan dengan tulangan baja untuk

+

Agregat halus, misalnya pasir

(45)

memperoleh kinerja yang tinggi. Beton yang ditambahkan dengan tulangan baja

menjadi beton bertulang (reinforce concrete) dan jika ditambah lagi dengan baja

prategang akan menjadi beton pratekan (prestressed concrete). [Teknologi Beton,

Paul Nugraha dan Anton].

Tetapi dalam penelitian ini tidak menggunakan baja tulangan, karena tujuan dari

pemilihan dasar dari marka kerucut menggunakan beton dianggap sebagai material

yang pemberat, sehingga kestabilan dari marka kerucut tersebut dapat dicapai.

Pada beton yang baik, setiap butir agregat seluruhnya terbungkus dengan

mortar. Demikian pula halnya dengan ruang antar agregat, harus terisi oleh mortar.

Jadi kualitas pasta atau mortar menentukan kualitas beton. Semen adalah unsur kunci

dalam beton, meskipun jumlahnya hanya 7-15 % dari campuran. Beton dengan

jumlah semen yang sedikit (sampai 7%) disebut beton kurus (learn concrete),

sedangkan beton dengan jumlah semen yang banyak (sampai 15%) disebut beton

gemuk (rich concrete).

(Sumber Teknologi Beton, Paul Nugraha dan Anton)

(46)

Sifat masing-masing bahan juga berbeda dalam hal perilaku beton segar

maupun pada saat sudah mengeras, selain faktor biaya yang perlu diperhatikan. Dilain

pihak, secara volumetris beton diisi oleh agregat sebanyak 61-76 % (gambar 3.6).

Dengan kata lain agregat mempunyai peran yang sama pentingnya sebagai material

pengisi beton.

(Sumber Teknologi Beton, Paul Nugraha dan Anton) Gambar 3.10 Persentase Volume Komposisi Beton Pada Umumnya

Sebagai material komposit, keberhasilan penggunaan beton tergantung pada

perencanaan yang baik, pemeliharaan dan pengadaan masing-masing material yang

baik, proses penangan dan proses produksinya.

Beton didapat dari pencampuran bahan-bahan agregat halus yang kasar yaitu

pasir, batu, batu pecah, atau bahan semacam lainnya, dengan menambahkan

secukupnya bahan perekat semen, dan air sebagai bahan pembantu guna keperluan

(47)

Tujuan pengukuran ini untuk mendapatkan berat jenis dengan mengukur

massa dan volume alas dasar beton untuk menghitung berat jenis material.

Sesuai dengan tingkat mutu beton yang hendak dicapai, perbandingan

campuran bahan susun harus ditentukan agar beton yang dihasilkan memberikan :

1. Kelecakan dan konsistensi yang memungkinkan pengerjaan beton

(penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah ke dalam acuan dan sekitar

tulangan baja tanpa menimbulkan kemungkinan terjadinya segregasi atau

pemisahan agregat dan bleeding air

2. Ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosif, dan

lainnya)

3. Memenuhi uji kuat yang hendak dicapai.

Dibawah ini merupakan grafik hubungan tegangan dan regangan yang terjadi dalam

susunan beton bertulang.

(48)

Karena sifat bahan beton yang hanya mempunyai nilai kuat tarik relatif rendah, maka

pada umumnya hanya pada diperhitungkan bekerja dengan baik didaerah tekan pada

penampangnya, dan hubungan regangan tegangan yang timbul karena pengaruh gaya

tekan tersebut digunakan sebagai dasar pertimbangan.

Gambar 3.12 Diagram Kuat Beton Versus Umur Beton

Semakin lama umur beton tersebut, maka semakin tinggi tegangan yang dapat

diterima beton tersebut. Nilai kuat beton beragan sesuai dengan umurnya, dan

biasanya nilai kuat beton ditentukan pada waktu beton mencapai umur 28 hari setelah

pengecoran. Bentuk kurva kuat beton versus waktu untuk mutu beton tertentu tampak

seperti gambar diatas, umumya pada umur 7 hari kuat beton mencapai 70% dan pada

umur 14 hari mencapai 85% - 95% dari kuat beton umur 28 hari [6]. Pada kondisi

pembebanan tekan tertentu beton menunjukkan suatu fenomena yang disebut rangka

(49)

3.3.5 Beton Sebagai Alas dari Marka Kerucut

Beton sendiri merupakan pencampuran bahan-bahan agregat halus dan kasar

yaitu pasir, batu, batu pecah, atau bahan semacam lainnya, dengan menambahkan

secukupnya bahan perekat semen, dan air sebagai bahan pembantu guna keperluan

reaksi kimia selama proses pengerasan dan perawatan beton berlangsung. Agregat

halus dan kasar, disebut sebagai bahan susun kasar campuran yang merupakan

komponen utama beton. Nilai kekuatan serta daya tahan (durability) beton merupakan

fungsi dari banyak faktor, diantaranya adalah nilai banding campuran dan mutu bahan

susun, metode pelaksanaan pengecoran, pelaksanaan finishing, temperatur, dan

kondisi perawatan pengerasannya.

Pada umumnya pengadukan bahan beton dilakukan dengan menggunakan

mesin, 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 slump pada setiap adukan beton

baru.

Nilai kuat tekan beton relatif tinggi dibandingkan dengan kuat tariknya, dan

beton merupakan bahan bersifat getas. Nilai kuat tariknya berkisar 9% - 15% saja dari

kuat tekannya [6]. Pada penggunaan sebagai komponen struktur bangunan, umumnya

beton diperkuat dengan batang tulangan baja sebagai bahan yang dapat bekerja sama

dan mampu membantu kelemahannya, terutama pada bagian yang menahan gaya

(50)

gaya tarik, sedangan beton hanya diperhitungkan untuk menahan gaya tekan.

Komponen sedemikian lazim disebut beton bertulang.

Untuk mengukur kekuatan tekan dari beton sebagai dasar dari marka kerucut

dilakukan penelitian yang dilaksanakan di Lab. Teknik Sipil Politeknik Negeri

Medan dengan menggunakan :

Mesin Wykeham Farrance Engineering - Slough England

(51)

Kekuatan beton dianggap penting dalam banyak kasus, maka terlebih dahulu kita

harus mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan beton, yaitu antara lain

1. Material masing-masing

2. Cara pembuatan

3. Cara perawatan

4. Kondisi test

Sedangkan faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan beton dari materi

penyusunnya ditentukan oleh faktor air-semen, porositas, dan faktor instrinsik

lainnya. Terlebih dahulu disiapkan cetakan dari kayu untuk pencetakan dasar beton.

Gambar. 3.14 Cetakan Dasar

Cetakan terlebih adahulu harus diolesi dengan oli agar pada saat dibuka tidak

menimbulkan kerusakan pada cetakan dan mempermudah proses pelepasan cetakan

dari bahan yang telah jadi.

Langkah berikutnya adalah pengadukan, akan tetapi sebelum dilakukannya

pengadukan bahan-bahan terlebih dahulu harus dipilih jenis pasir, semen, air, kerikil

(52)

Dibawah ini adalah gambar dari pasir dan kerikil dipilih yang memiliki diameter 9-20

mm yang berasal dari kota Binjai, sedangkan air menggunakan aquades untuk

memperoleh hasil yang baik, semen yang digunakan adalah Semen Padang.

Gambar. 3.15 Pasir yang Digunakan Pada Pencetakan Dasar Beton

(53)

Selanjutnya pasir ditimbang dengan menggunakan Timbangan OHANS dengan

ketelitian 0,01 gr sampai dengan 2,1 kg, semen 700 gr dan air sebanyak 1 liter.

Gambar 3.17 (a) Timbangan OHANS

(54)

Setelah ditimbang, selanjutnya akan dilakukan proses pencampuran (mixing),

pada proses pencampuran, material harus dicampur secara terdistribusi rata, hal ini

dilakukan dengan tujuan agar mendapatkan hasil kekuatan yang maksimal. Rata

tidaknya proses pencampuran akan terlihat dari warna dan konsistensinya.

Terlebih dahulu dimasukkan agregat kasar, semen, kemudian agregat halus,

sedangkan air ditambahkan terakhir.

Gambar 3.18 (a) Proses Persiapan Pencampuran Adukan

(55)

Waktu pengadukan awal diatur 30 detik, jika telah tercampur kemudian

kecepatan pengadukan ditambahkan kembali dengan penambahan waktu 1 menit.

Campuran tidak boleh melebihi kapasitas pengaduk karena akan menghasilkan

campuran yang tidak merata.

Setelah adukan merata, maka langkah selanjutnya yang akan dilakukan adalah

pencetakan, prosesnya adalah sebagai berikut :

1. Tuang adukan yang telah di mix ke dalam cetakan dasar yang telah diberi oli

terlebih dahulu seperti gamabar dibawah ini

Gambar 3.19 (a) Adukan Dituang Kedalam Cetakan yang Telah Disediakan

(56)

2. Padatkan dengan menggunakan benda pemadat, sambil ditekan-tekan perlahan

Gambar 3.19 (b) Proses Pemadatan Menggunakan Benda Pemadat

3. Tuang sisa adukan kedalam cetakan dengan ukuran 5x5 cm, yang selanjutnya

akan digunakan sebagai material uji tekan sebanyak 6 buah

Gambar 3.19 (c) Proses Pencetakan Material Uji

2

(57)

4. Kemudian dipadatkan kembali seperti halnya pada cetakan dasar

Gambar 3.19 (d) Adukan Setelah Dipadatkan

Beton yang telah dicetak didiamkan selama 7 hari (pengujian I) dan 28 hari

(pengujian II) dan merupakan waktu maksimum pencapaian kekuatan hingga 95 %.

3.3.6. Pengujian Impak Dengan Menggunakan Metoda Ayunan Bola Beton

Langkah awal melaksanakan pengujian ayunan bola beton adalah dengan

merangkai marka kerucut, dasar, dan strip base sedemikian rupa dengan

menggunakan baut dan mur sebagai material tambahan untuk menyatukan material

satu dengan yang lainnya.

(58)

Gambar 3.20 Marka kerucut Yang Telah Didesain Ulang

Metode penyambungannya adalah:

1. Dasar (base) beton dari marka kerucut dicetak sedemikian rupa dan diberi

baut dengan diameter 8 mm dan diatur jarak lubang agar sama (gambar 3.21)

2. Strip base dari karet yang mempunyai ukuran:

Panjang : 160 mm, lebar : 30 mm dan tebal : 6,8 mm diberi lubang, dengan

jarak antar lubang 12 mm dari titik tengah lubang (gambar. 3.22)

1

2

3

Keterangan :

1. Traffic kerucut

(Marka Kerucut).

2. Strip base

3. Base (dasar)

4. Baut

(59)

3. Kerucut dibuat lubang sebanyak 2 buah dengan diameter 5 mm pada setiap

sisi dan disesuaikan dengan letak strip base dengan jarak yang sama pula

(gambar 3.23)

4. Pada ujung strip base dibuat 2 buah lubang (gambar 3.24)

5. Bese, strip base dan dasar disambungkan dengan menggunakan baut dan mur

agar tidak mudah lepas (gambar 3.25) dan diatur sesuai dengan ukuran

sehingga terbentuk kesetimbangan diantaranya.

Gambar 3.21 (a) Dimensi Dasar Beton

(60)

Gambar 3.21 (b) Dasar Beton yang Telah Diberi Baut

Gambar 3.22 (a) Strip Base Karet

88 mm

106 mm

122 mm

160 mm

30

mm

15

mm

(61)

Gambar 3.22 (b) Pemasangan Strip Base Karet

(62)

Gambar 3.23 (b). Dasar Beton Setelah Dirangkaikan

Gambar 3.24. Strip Base

Ujung strip base yang diberi dua buah lubang yang kemudian

(63)

Gambar 3.25.Marka Kerucut Setelah Didesain Ulang

Setelah dilakukan desain ulang maka diperoleh :

Tabel 3.2. Pengukuran Lubang

Posisi lubang

Lubang 1 Lubang 2 Lubang 3

Tinggi 66,5 cm 63,6 cm 59,9 cm

marka kerucut

(64)

3.4. Penyelidikan Stabilitas Marka Kerucut

Dalam melakukan penyelidikan dari stabilitas marka kerucut dilakukan

dengan menggunakan metode ayunan bola jatuh yang dikenakan pada marka kerucut

pada kerucut komersial maupun kerucut yang telah desain ulang, penyelidikan lain

adalah dengan memberikan gaya eksternal langsung (menabrak kerucut) dengan

menggunakan kenderaan bermotor dalam hal ini sepeda motor honda dan mobil.

3.4.1. Pengujian Impak dan Tarik Statik Material Marka Kerucut

A. Pengujian Impak Prinsip Ayunan Bola jatuh

Tujuan eksperimen ini adalah mengumpulkan data pada minimum

impak membuat marka kerucut terjatuh. Awal prosedur bola semen (berat

total 8,5 kg) dipakai menjatuhkan marka kerucut dan jarak ayun bola semen

(65)

Gambar 3.26 Impak Prinsip Ayunan Bola Jatuh

Metode kerja :

1. Satu tali baja difixed 2200 mm diatas lantai

2. Bola semen diikat ke ujung tali jadi bola tegantung diudara tinggi vertikal dari

lantai dari pusat bola dikontrol dan dicatat.

3. Dengan bola digantung dalam keadaan statis, marka kerucut ditempatkan jadi

(66)

Gambar 3.27 Bola Diset Ditengah Marka Kerucut

4. Sisi kiri dan kanan tali dibuat alur (guiden), sehingga diusahakan tidak terjadi

swing atau pembelokan pada saat bola jatuh ketika menyentuh kerucut dan

beban impak terjadi tepat ditengah bidang dari kerucut.

(67)

Gambar 3.28 (b) Posisi Awal Bola dan Guiden

5. Bola semen diayun kembali mengukur ketinggian secara bervariasi dan

menghasilkan jatuhnya marka kerucut. Jarak horizontal dari pusat bola ke titik

impak dengan kerucut dicatat. Hal yang sama juga dilakukan untuk kerucut

komersial dan kerucut yang menggunakan dasar beton.

6. Tinggi jatuh bola semen variasi dan bertahap diulangi hingga jarak horizontal

(68)

Data eksperimen didapat energi impak minimum diperlukan menjatuhkan kerucut

dengan perbedaan ketinggian vertikal ke pusat bola semen. Dengan pendekatan

empiris dengan asumsi sebuah bandul, dengan massa m diikiatkan pada sebuah tali

dengan panjang L. Kemudian masssa ini ditarik kesamping sehingga tali membentuk

sudut 0 dengan sudut vertikal dan dilepas dari keadaan diam.

Gambar 3.29 Empiris Prinsip Ayunan Bola Jatuh

Kedua gaya yang bekerja pada beban (dengan mengabaikan hambatan udara) adalah

gaya gravitasi mg, yang bersifat konservatif, dan tegangan T, yang tegak lurus

terhadap gerakan dan karena itu tidak melakukan kerja. Oleh karena itu, dalam

persoalan ini energi mekanik sistem beban-bumi adalah kekal.

Kita pilih energi potensial gravitasi bernilai nol didasar ayunan. Semula,

(69)

nol dan energi potensial sistem bernilai mgh. Jadi, energi total awal dari sistem

adalah :

mgh Ui

Ki

Ei = + =0+

Ketika bandul berayun turun, energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Maka

energi akhir dari dasar ayunan menjadi :

2

Selanjutnya kekekalan energi memberikan :

mgh

Dan untuk mendapatkan kelajuan yang dinyatakan dalam sudut awal 0, harus

dihubungkan h dengan 0. Jarak h berhubungan dengan 0 dan panjang bandul L

melalui

Dengan demikian, energy yang diberikan ayunan bandul ke marka kerucut yang akan

diuji adalah:

B. Menggunakan Kenderaan Bermotor

Kenderaan bermotor digunakan untuk menabrak/menyentuh langsung marka

(70)

kenderaan maksimum terhadap kerucut. Kecepatan kenderaan dengan menggunakan

sepeda motor maupun mobil diatur bervariasi antara 20 s.d 45 km/jam. Untuk sepeda

motor dihubungkan kayu mendekati sayap sepeda motor sehingga kayu diasumsikan

sebagai media sentuh dengan kerucut pada saat jalan. Sedangkan untuk mobil

dilakukan dengan menyentuh/menabrak langsung kerucut dengan kecepatan yang

sama seperti sepeda motor. Seperti diperlihatkan pada gambar-gambar dibawah ini.

Gambar 3.30 Pengujian Dengan Menggunakan Sepeda Motor

Diasumsikan bahwa jarak ketinggian kayu sama dengan jarak sentuh marka kerucut

(71)

Gambar 3.31. Pengujian Dengan Mobil

3.5. Simulasi Menggunakan Metode Elemem Hingga

Simulasi komputer, dalam riset ini menggunakan metoda elemen hingga

(MEH), yang bertujuan untuk membuktikan secara kwalitatif dan kwantitatif perilaku

mekanik marka kerucut yang diuji. Dalam simulasi ini diperlukan beberapa data yang

diperoleh dari hasil pengujian di laboratorium yaitu:

1. Model pembebanan pada simulasi Metode Elemen Hingga yang diambil dari

grafik tegangan insiden hasil uji impak.

2. Data-data yang diperlukan antara lain sifat mekanik dari material yang

(72)

3. Data-data lain yang diperlukan adalah dimensi dan geometri marka kerucut

desain ulang.

Dalam simulasi perlu dibuat model geometri marka kerucut. Bentuknya cukup

komplek untuk dibuat dengan software yang digunakan untuk analisa Metode Elemen

Hingga, sehingga diperlukan software tambahan untuk pemodelan tersebut yaitu

dengan menggunakan SolidWorks.

Untuk mengetahui distribusi tegangan yang terjadi digunakan software ANSYS

dan NASTRAN. Pada penelitian ini juga akan dianalisa distribusi tegangan yang

terjadi pada marka kerucut desain ulang dengan pengaturan panjang tali baja yang

menggunakan NASTRAN dimana pengujian dilakukan pada titik-titik tertentu pada

elemen yang akan ditentukan sebelumnya, hal ini berguna untuk mengetahui sejauh

mana marka kerucut desain ulang dapat menahan beban eksternal, pembahasan

masalah ini akan selanjutnya akan dibahas pada BAB IV.

Gambar berikut ini adalah sket marka kerucut komersial dan marka kerucut

(73)

Gambar 3.32 (a) Sket Marka Kerucut Polimer Komersial

(74)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Evaluasi Marka Kerucut Komersial

Untuk marka kerucut komersial dilakukan pengujian stabilitas yang sama seperti

kerucut yang telah di desain ulang, dari hasil percobaan diperoleh data sebagai

berikut :

4.1.1. Menggunakan Metoda Ayunan Bola Jatuh

Percobaan dilakukan seperti gambar 4.1, dimana marka kerucut standard

komersial diatur panjang tali 2200 mm sehingga diperoleh energi impak

minimum sebesar 20,35 Joule dan marka kerucut tidak jatuh, sedangkan pada

pengujian kedua dengan panjang tali 1710 mm dan energi impak sebesar 30,01

Joule marka kerucut jatuh (seperti diperlihatkan pada Tabel 4.9).