DESAIN DAN ANALISIS STRUKTUR
SPEED BUMP
DENGAN BAHAN
CONCRETE FOAM
YANG DIPERKUAT
SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN
MENGGUNAKAN
SOFTWARE ANSYS
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ANDY MAULANA PUTRA
120401019
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
i
ABSTRAK
Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) adalah bagian jalan yang ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar meningkatkan keselamatan bagi pengguna jalan. Material pembuatanSpeed Bump relatif mahal menyebabkan biaya produksi mahal oleh sebab itu dilakukan Penelitian baru tentang serat alam dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Tujuan penelitian ini adalah untuk mensimulasi pembebanan statik pada Speed Bumpbahan concrete foam yang diperkuat serat TKKS dengan menggunakan software Ansys. pada penelitian ini spesimen yang akan diuji 6 model dan disimulasi statik pada sisi atas untuk mengetahui distribusi tegangan pada Speed Bump. Speed Bump dimodel dengan menggunakan software solidworks dan disimulasi menggunakan Software Ansysuntuk dibandingkan distribusi tegangannya. Pada penelitian ini hasil simulasi statik pada sisi atas Speed Bump diperoleh tegangan Equivalent Stress yang paling rendah didapat pada model Speed Bump tipe 2 tanpa lapisan besi sebesar 0.98577 MPa dibandingkan model Speed Bump tipe lainnya, Stress x Axis yang paling rendah pada model Speed Bump tipe 2 tanpa lapisan besi sebesar 0.055077 MPa dibandingkan modelSpeed Bump
tipe lainnya.Stress y Axisyang paling rendah pada modelSpeed Bumptipe 2 tanpa lapisan besi sebesar 0.058577 MPa dibandingkan model Speed Bumptipe lainnya.Stress z Axisyang paling rendah pada modelSpeed Bump
tipe 2 tanpa lapisan besi sebesar 0.20051 MPa dibandingkan modelSpeed Bumptipe lainnya.
Kata kunci :Speed bump,SoftwareANSYS,Softwaresolidworks
ii
ABSTRACT
Speed Bump (vehicle speed limiter) is part of the elevated form of additional asphalt or cement that are strung across the street for a sign of slow down. Functions that improve safety for road users. Speed Bump material manufacture is relatively expensive cause expensive production costs and therefore do new research on natural fibers of oil palm empty fruit bunches (EFB). The purpose of this study is to simulate the static loading on a Speed Bump foam material fiber reinforced concrete foam using Ansys software. in this study the specimen to be tested 6 models and simulated static on the upper side to determine the stress distribution at the Speed Bump. Speed Bump modeled using SolidWorks software and simulated using ANSYS software to compare the voltage distribution. In this study the results of simulations of static on the upper side of the Speed Bump obtained voltage Equivalent Stress lowest obtained in the Type 2 without case Speed Bump model amounted of 0.98577 MPa compared models of Speed Bump other types, Stress x Axis lowest in the Type 2 without case Speed Bump model amounted of 0.055077 MPa compared to other types of Speed Bump models. Stress y Axis lowest in the Type 2 without case Speed Bump model amounted of 0.058577 MPa compared to other types of Speed Bump models. Stress z Axis lowest in the Type 2 without case Speed Bump model amounted 0.20051 MPa compared to other types of Speed Bump models. Keywords: Speed bump, ANSYS software, SolidWorks Software
iii
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesempatan dan waktu sehingga dapat menyelesaikan proposal Tugas Akhir yang berjudul
“
Desain dan analisis struktur Speed Bump dengan bahan concrete foamyang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit dengan menggunakanSoftware Ansys ʼ ʼ .
Laporan hasil penelitian skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Reguler Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis laporan ini adalah betujuan mengedepankan penggunaan serat TKKS untuk penguat pada produk.
Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Dosen Pembimbing penulis yang banyak memberi masukan serta membina saya selama mengerjakan penelitian ini.
2. Bapak Dr. Ir. M Sabri, MT selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Bapak Terang Ukur H. S. Ginting Manik, ST MT selaku sekretaris, Bapak Ir. Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.
3. Seluruh Staff pengajar DTM FT-USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU.
4. Kedua orang tua saya atas doa dan motivasi yang tiada henti untuk memberikan semangat agar dapat menyelesaikan skripsi ini.
5. Rekan satu tim IFRC, senior Magister Teknik Mesin Maraghi Mutaqin, Alexander Sebayang, dan Herry Darmadi, dan teman satu lab IFRC Indra Gunawan, Yusmar Alkholidi, Saputra jaya dan Septian Sebayang yang telah memberi semangat dalam menyelesaikan skripsi ini.
6. Seluruh Teman-teman stambuk 2012 yang telah memberi dukungan dan semangat berupa tenaga dan motivasi kepada penulis.
iv
Adapun saran dan kritikan pada penulisan skripsi ini dibutuhkan penulis. Atas kerja samanya diucapkan terima kasih.
Medan, Mei 2017
Penulis,
(Andy Maulana Putra)
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK... i
KATA PENGANTAR... iii
DAFTAR ISI...v
DAFTAR GAMBAR... viii
DAFTAR TABEL... xii
DAFTAR NOTASI... xiii
BAB 1 PENDAHULUAN...1
1.1 Latar Belakang...1
1.2 Tujuan Penelitian ...6
1.2.1 Tujuan Umum...6
1.2.2 Tujuan Khusus ...7
1.3 Batasan Masalah ...7
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA...8
2.1 Pendahuluan...8
2.2 Bahan Komposit ...17
2.2.1 Klasifkasi material komposit ...19
2.2.2 Teknik pembuatan material komposit ...19
2.3 Material Komposit Concreat Foam ...21
2.3.1 Semen ...21
2.3.2 Pasir ...22
2.3.3 Air...22
2.3.4 Bahan pengembang...23
2.3.5 Serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) ...23
2.4 Beton Ringan ...24
2.5 Perilaku Mekanik Akibat Beban Tekan Statik ...27
vi
2.6 Simulasi Numerik ... 31
BAB 3 METODE PENELITIAN...33
3.1 Tempat dan Waktu ...33
3.1.1 Tempat ...33
3.1.2 Waktu...33
3.2 Desain Speed Bump ...33
3.2.1 Model speed bump penghasil listrik ...40
3.3 Material Yang Digunakan ...44
3.4 Parameter Desain ...45
3.5 Simulasi Statik Struktural ...45
3.5.1 Engineering Data ... 45
3.5.2 Mesh ...47
3.5.3 Fix Support ...49
3.5.4 Pembebanan...52
3.6 Uji Lindas Secara Langsung ... 54
3.7 Diagram Alir Penelitian ... 59
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN...60
4.1 Pendahuluan ...60
4.2 Hasil pembuatan Speed Bump ...60
4.2.1 Model Speed Bump tipe 1 (variasi tinggi 52 mm) ...60
4.2.2 Model Speed Bump tipe 2 (variasi tinggi 40 mm) ...61
4.3 Simulasi Statik Menggunakan Ansys Workbenh...62
4.4 Simulasi Pembeban Pada Sisi Atas ...63
4.4.1 Model Speed Bump tipe 1 (variasi tinggi 52 mm) ...63
4.4.2 Model Speed Bump tipe 2 (variasi tinggi 40 mm) ...65
4.5 Hasil Simulasi Speed Bump...67
vii
4.5.1 Hasil Simulasi Equivalent Stress ...67
4.5.2 Hasil Simulasi Normal Stress X Axis... 71
4.5.3 Hasil Simulasi Normal Stress Y Axis... 75
4.5.4 Hasil Simulasi Normal Stress Z Axis ... 79
4.6 Kumpulan dan Perbandingan Data Hasil Simulasi Pengujian ...83
4.7 Hasil dan Perbandingan Pengujian Uji Lindas...89
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN...95
DAFTAR PUSTAKA ...97
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Pintu Tol jalan bebas hanbatan...2
Gambar 1.2 Sistem mekanik Speed Bump...6
Gambar 2.1 Speed Bump ...8
Gambar 2.2 Desain standart Speed Bump...9
Gambar 2.3 Ilustrasi pembebanan Speed Bump ...10
Gambar 2.4 Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat pertama melintas...10
Gambar 2.5 Free body diagram gaya yang bekerja pada Speed Bump ...11
Gambar 2.6 Analisa gaya yang diterima Speed Bump pada titik puncak ...14
Gambar 2.7 Free body diagram gaya yang bekerja saat di atas Speed Bump ...15
Gambar 2.8 Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit ...17
Gambar 2.9 Tipikal kurva respon tegangan-regangan akibatbeban tekan statis ....29
Gambar 2.10 Diagram uji tekan statik ...29
Gambar 3.1 Sketsa sistem mekanik kedua ...34
Gambar 3.2 Model 3D Speed Bump ...37
Gambar 3.3 Sistem mekanik Speed Bump...39
Gambar 3.4 Ilustrasi Speed Bump ...40
Gambar 3.5 Aturan keputusan Mentri Perhubungan...40
Gambar 3.6 Model perencanaan Speed Bump tipe 1 ...42
Gambar 3.7 Model perencanaan Speed Bump tipe 2 ...44
Gambar 3.8 Data material baru ...46
Gambar 3.9 Data toolbox density...46
ix
Gambar 3.10 Data toolbox isotropic elasticity...47
Gambar 3.11 Details of Mesh ...48
Gambar 3.12 Mesh Speed Bump variasi ketinggian 52 mm dan 40 mm...48
Gambar 3.13 Mesh Speed Bump ketinggian 52 mm casing 1 mm dan 2 mm ...49
Gambar 3.14 Mesh Speed Bump ketinggian 40 mm casing 1 mm dan 2 mm ...49
Gambar 3.15 Details of Fix Support ...50
Gambar 3.16 Fix Support Speed Bump variasi ketinggian 52 mm dan 40 mm...50
Gambar 3.17 Fix Support Speed Bump tinggi 52 mm casing 1 mm dan 2 mm ....51
Gambar 3.18 Fix Support Speed Bump tinggi 40 mm casing 1 mm dan 2 mm ....51
Gambar 3.19 Details of nodal pressure ...52
Gambar 3.20 Pembebanan Speed Bump variasi ketinggian 52 mm dan 40 mm ...53
Gambar 3.21 Pembebanan Speed Bump tinggi 52 mm casing 1 mm dan 2 mm ...53
Gambar 3.22 Pembebanan Speed Bump tinggi 40 mm casing 1 mm dan 2 mm ...54
Gambar 3.23 Gambar ilustrasi ban...54
Gambar 3.24 Gambar landasan uji lindas ...56
Gambar 3.25 Gambar ilustrasi sistem mekanik ...56
Gambar 3.26 Diagram alir penelitian...59
Gambar 4.1 Modelspeed bumptipe 1 untuk di jalan Tol...60
Gambar 4.2. Modelspeed bumptipe 1 (a) casing 1mm (b) casing 2 mm ...61
Gambar 4.3 Model Speed Bump tipe 2 untuk di jalan tol...61
Gambar 4.4. Modelspeed bumptipe 2 (a) casing 1mm (b) casing 2 mm ...62
Gambar 4.5 PembebananSpeed Bumptipe 1 untuk di jalan Tol ...64
x
Gambar 4.6 Pembebananspeed bumptipe 1 (a) casing 1mm (b) casing 2 mm ....65
Gambar 4.7 Pembebanan speed bump tipe 2 untuk di jalan Tol...65
Gambar 4.8 Pembebananspeed bumptipe 2 (a) casing 1mm (b) casing 2 mm ....66
Gambar 4.9 Hasil distribusi Equialent Strss Speed Bump tipe 1 tanpa casing ...67
Gambar 4.10Equivalent Stresstipe 1(a) casing 1mm (b) casing 2mm ...68
Gambar 4.11Equivalent Stress Speed Bumptipe 2 tanpa casing ...69
Gambar 4.12Equivalent Stress Speed Bumptipe 2 (a) casing 1mm (b) casing 2mm ...70
Gambar 4.13 Hasil distribusiNormal Stress x Axis Speed Bumptipe 1 tanpa
casing ...71
Gambar 4.14Normal Stress x Axis Speed Bumptipe 1 (a) casing 1mm (b) casing 2mm ...72
Gambar 4.15 Hasil distribusiNormal Stress x Axis Speed Bumptipe 2 tanpa
casing ...73
Gambar 4.16Normal Stress x Axis Speed Bumptipe 2 (a) casing 1mm (b) casing 2mm ...74
Gambar 4.17 Hasil distribusiNormal Stress y Axis Speed Bumptipe 1 tanpa
casing ...75
Gambar 4.18Normal Stress y Axis Speed Bumptipe 1(a) casing 1mm (b) casing 2mm ...76
Gambar 4.19 Hasil distribusiNormal Stress y Axis Speed Bumptipe 2 tanpa
casing ...77
Gambar 4.20Normal Stress y Axis Speed Bumptipe 2 (a) casing 1mm (b) casing 2mm ...78
Gambar 4.21 Hasil distribusiNormal Stress z Axis Speed Bumptipe 1 tanpa
xi
casing ...79
Gambar 4.22Normal Stress z Axis Speed Bumptipe 1 (a) casing 1mm (b) casing 2mm ...80
Gambar 4.23 Hasil distribusiNormal Stress z Axis Speed Bumptipe 2 tanpa casing ...81
Gambar 4.24Normal Stress z Axis Speed Bumptipe 2 (a) casing 1mm (b) casing 2mm ...82
Gambar 4.25 Grafik perbandinganEquivalent Stress Speed Bump...84
Gambar 4.26 Grafik perbandinganStress x Axis Speed Bump...85
Gambar 4.27 Grafik perbandinganStress y Axis Speed Bump...86
Gambar 4.28 Grafik perbandinganStress z Axis Speed Bump...87
Gambar 4.29 Grafik ValidasiSpeed Bump...88
Gambar 4.30 Gambar landasan pengujian lindas...89
Gambar 4.31 Gambar ban mobil...90
ii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Bahan Penyusun Tandan Kosong Kelapa Sawit ...24
Tabel 3.1 Kegiatan Penelitian ...33
Tabel 3.2 Data material ANSYS ...45
Tabel 3.3 Parameter desain speed bump ...45
Tabel 4.1 Hasil simulasi numerik speed bump ...83
Tabel 4.2 Validasi speed bump ...88
Tabel 4.3 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan pertama ...91
Tabel 4.4 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan kedua...92
Tabel 4.5 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan ketiga ...92
Tabel 4.6 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan keempat...93
Tabel 4.7 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan kelima ...93
iii
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
E Modulus elastisitas Mpa
σ Tegangan Mpa
ε Regangan mm/mm
F Beban tekan N
A Luas penampang yang dikenai beban tekan mm2
Δ ℓ perubahan panjang yang terjadi mm
ℓ Panjang awal (mula-mula) mm
