UJI COBA DAN ANALISA STRUKTUR
SPEED BUMP
BAHAN
CONCRETE FOAM
DIPERKUAT BATANG
POLYMERIC FOAM
YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMBANGKIT DAYA LISTRIK
TESIS
OLEH
HERRY DARMADI
147015004
MAGISTER TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
UJI COBA DAN ANALISA STRUKTUR
SPEED BUMP
BAHAN
CONCRETE FOAM
DIPERKUAT BATANG
POLYMERIC FOAM
YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMBANGKIT DAYA LISTRIK
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Pada Program Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
HERRY DARMADI
147015004/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Bentuk profil speed bump yang tidak sesuai dapat membahayakan pengguna jalan yang melintas. Penelitian ini berfokus pada pembuatan profil speed bump dari material concrete foam dan polymeric foam diperkuat serat TKKS agar diperoleh desain stuktur speed bump yang lebih baik dan lebih aman sesuai standar. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis kelemahan dan ketangguhan struktur speed bump
dari bahan concrete foam dan polymeric foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang dikenai beban impak jatuh bebas dan uji lindas. Manfaat penelitian ini untuk memanfaatkan serta mengolah Tandan Kosong kelapa Sawit (TKKS) hasil pabrik kelapa sawit agar dapat bernilai ekonomis. Banyaknya limbah kelapa sawit membuat penulis melakukan penelitian untuk memanfaatkan limbah kelapa sawit menjadi lebih bermanfaat. Pencarian energi alternatif dari sumber energi yang mempunyai potensi namun sering diabaikan. Kebutuhan energi yang berbanding lurus dengan peningkatan eksponensial populasi umat manusia membuat manusia secara cepat harus beralih menuju sumber energi alternatif terbarukan. Listrik merupakan energi yang mempunyai peran penting dalam kehidupan manusia. PLN sebagai penyedia energi listrik sekarang ini mengalami kesulitan untuk mencukupi kebutuhan energi listrik nasional. hal ini disebabkan karena kebutuhan listrik jauh lebih besar dibandingkan dengan kapasitas pembangkitan energi yang ada saat ini. Kondisi demikian, mendorong untuk mencari dan mengkaji pemanfaatan sumber energi baru, yang sifatnya terbarukan, murah, ramah lingkungan serta jumlahnya tidak terbatas, pembuatan pembangkit listrik tenaga speed bump ini bertujuan untuk merencanakan speed bump dapat menjadi sumber energi untuk pembangkit listrik. Metode yang dilakukan adalah metode penelitian eksperimen. Data diperoleh melalui pengujian impak jatuh bebas pada speed bump dari bahan concrete foam dan
polymeric foam. Pembuatan speed bump menggunakan campuran semen 26%, pasir 38%, air 28%, blowing agent 5%, serat TKKS 3%. Dimensi speed bump berongga 200 x 400 x 150 mm dan 450 × 400 × 40. Pembuatan polymeric foam menggunakan bahan; bahan pengembang 20%, resin 60%, serat TKKS 10%, katalis 10%. Dari hasil uji impak jatuh bebas pada ketinggian 1 meter speed bump yang memiliki tegangan paling rendah adalah speed bump variasi 2 rongga dengan bar 3 inci pada spesimen tiga dengan Tegangan 0.142 MPa dan F max 284.78 N. Sedangkan speed bump concretefoam memiliki tegangan paling tinggi sebesar 0.239 MPa dan F max 477.26 N. Uji lindas terhadap speedbumpconcretefoam menggunakan mobil honda FREED dengan berat 1330 kg didapatkan hasil bahwa spesimen B1 memiliki kekuatan paling baik karena dalam 5 kali pelindasan tidak mengalami keretakan. Untuk tegangan listrik yang dihasilkan pada speed bump sebesar 0.32 volt dan putaran yang didapat pmdc sebesar 50 Rpm.
ABSTRACT
Incorrect speed bump profile shapes can harm road users passing by. This study focuses on making speed bump profiles of concrete foam materials and polymeric foam reinforced TKKS fibers in order to obtain better and safer standard bump structure designs according to standard. The objectives of this study were to analyze the weakness and toughness of the speed bump structure of concrete foam and polymeric foam reinforced Fibers of Empty Fruit Bunches (EFB) subjected to free fall impact load and bump road test. The benefit of this research is to utilize and process Empty Fruit Bunches (EFB) from palm oil mill to have more economic values. The amount of palm oil waste makes the authors do research to utilize the waste of palm oil to be more useful. The search for alternative energy from potential energy sources is often overlooked. Energy requirements that are directly proportional to the exponential increase in human populations make humans should quickly move towards alternative renewable energy sources. Electricity is the energy that has an important role in human life. National Electricity Company (PLN) as a provider of electrical energy is currently experiencing difficulties to meet the needs of national electrical energy. This is due to the need for electricity is much greater than the capacity of the existing energy generation. Such conditions, encourage us to seek and review the utilization of new energy sources, which are renewable, cheap, environmentally friendly and the amount is not limited. Making speed bump power plant is intended to plan the speed bump can be a source of energy for power plants. The method used is experimental research method. Data were obtained through free fall impact tests on speed bumps of concrete foam and polymeric foam materials. Speed bump is designed and procuced using cement mix 26%, sand 38%, water 28%, blowing agent 5%, and TKKS fiber 3%. Hollow speed bump dimensions are two: 200 x 400 x 150 mm and 450 × 400 × 40. Manufacture of polymeric foam uses 20% developer material, 60% resin, 10% TKKS fiber, and 10% catalyst. From free impact test result at one meter height, it is found that the speed bump which has the lowest voltage is the speed bump variation of 2 cavities with 3 cm diameter bar where the voltage is 0.142 MPa and the maximum force is 284.78 N. While the speed bump concrete foam has the highest voltage of 0.239 MPa and maximum force of 477.26 N. Road bump test of speed bump concrete foam (driving generator) was using a car weighing 1330 kg. It was observed that the specimen B1 has the best strength; in five repeated test times no crack was occurred. We also found that the voltage generated at the speed bump is of 0.32 volts and the speed of DC motor (PMDC) of 50 rpm.
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
✓ Data Pribadi
N a m a : HERRY DARMADI, ST.
Tempat & Tgl. lahir : Kuala Simpang, 18 Juli 1985
Alamat Domisili : JL Perhubungan Gg Karto Dusun Kenanga Lau Dendang
Percut Sei Tuan – Deli Serdang 20371 Phone & e-mail : Mobile +6285297777818 / 081319876392
✓ Pendidikan
1991 - 1996 : SD Negeri No 1 Langsa
1996 – 1997 : SD Negeri No 006 Batam 1997 - 2000 : SMP Negeri 3 Batam
2000 - 2000 : SMU Negeri 1 Batam
2000 - 2003 : SMU Negeri 2 Pematang Siantar
2003 - 2010 : Institute Sains Dan Teknologi Nasional
Tugas akhir : Analisis Degradasi Struktur dan Sifat Mekanis Material
Secondary Superheater Intermediate Tube Sebuah Boiler
Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU ).
.
2014 - 2017 : Magister Teknik Mesin (S2) Universitas Sumatera Utara (USU) Medan.
Tesis : Uji Coba Dan Analisa Struktur Speed Bump Bahan
Concrete Foam Diperkuat Batang Polymeric Foam Yang Digunakan Untuk Pembangkit Daya Listrik
✓ Kunjungan Industri
2013 : PDAM TIRTANADI Sunggal
✓ Simposium/Seminar
2016 : Pemakalah pada Seminar Ilmiah dalam rangka Dies Natalis USU ke-64 (SI-ke-64 USU), Medan.
2016 : International Conference on Computing And Applied Informatics (ICCAI)
Demikianlah Informasi tentang Daftar Riwayat Hidup saya.
Medan, Februari 2017
Hormat saya,
KATA PENGANTAR
Dengan rahmat dan karunia Allah subhanahuwata’ala akhirnya penulis dapat
menyelesailkan hasil penelitian tesis ini yang merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi
oleh setiap mahasiswa agar mendapatkan gelar Magister Teknik di Program Studi Magister
Teknik Mesin FT-USU. Adapun Judul dari tesis penelitian ini adalah: “UJI COBA DAN ANALISA STRUKTUR SPEED BUMP BAHAN CONCRETE FOAM DIPERKUAT
BATANG POLYMERIC FOAM YANG DIGUNAKAN UNTUK PEMBANGKIT DAYA
LISTRIK”.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada riset penelitian unggul
peguruan tinggi karna membiayai dalam riset penelitian speed bump dan semua pihak yang telah
membantu penulis baik secara moril maupun materil, langsung dan tidak langsung sehingga
usulan penelitian tesis ini selesai, yaitu kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku
Ketua Komisi Pembimbing, seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Magister
Teknik Mesin FT-USU, yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan
administratif selama penulis mengikuti pendidikan.
Tak terlupakan jasa ayahanda Sudarso yang mendukung penuh langkah penulis
melanjutkan pendidikan lebih lanjut dan ibunda tercinta Nurhikmah Spd yang selalu
menanamkan rasa sabar dan rasa syukur kepada Illahi atas semua anugerah yang telah diperoleh.
Kepada merekalah penulis mempersembahkan semua ini. Serta semua pihak keluarga terutama
7
banyak sekali dukungan baik materil, moril dan doa selama pendidikan ini berlangsung, sehingga
penulis tetap memiliki konsistensi dalam menyelesaikan studi dengan baik.
Ucapan terima kasih kepada PT. Dunia Kharisma Indonesia khususnya Ibu Indah Lestari
yang telah mengizinkan saya untuk kuliah sambil berkerja pada perusahaan yang ibu pimpin,
Kemudian ucapan terima kasih kepada rekan-rekan Team IFRC khususnya Maraghi Muttaqin,
ST.,MT., Alexander Sebayang, ST.,MT. serta rekan-rekan mahasiswa pasca sarjana Magister
Teknik Mesin FT-USU yang telah banyak membantu baik langsung maupun tak langsung dalam
penyelesaian laporan hasil penelitian tesis ini serta pihak-pihak terkait yang tidak dapat diuraikan
satu persatu.
Atas kerja samanya diucapkan terima kasih.
Medan, Februari 2017
Penulis,
8
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK i
KATA PENGANTAR iii
DAFTAR ISI V
DAFTAR TABEL Viii
DAFTAR GAMBAR Ix
DAFTAR LAMPIRAN Xi
BAB 1 Pendahuluan 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 6
1.3 Tujuan Penelitian 7
1.2.1. Tujuan Umum 7
1.2.2. Tujuan Khusus 7
1.4 Batasan Masalah 8
BAB 2 Tinjauan Pustaka 9
2.1 Speed Bump 9
2.2 Pengertian Bahan Komposit 10
2.2.1. Klasifikasi Material Komposisi 13
2.2.2. Teknik Pembuatan Material Komposit 14
2.3. Beton 15
2.3.1. Adukan Beton 18
2.4. Material Komposit ConcreteFoam 19
9
2.4.3. Air 21
2.4.4. Blowing Agent 21
2.4.5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) 21
2.4.6. Material yang digunakan 23
2.5. Material Komposit PolymericFoam 25
2.5.1. Polyester resin tak jenuh 25
2.5.2. Blowing Agent 27
2.5.3. KatalisMEKPO 28
2.6. Densitas 29
2.7. Karakteristik Mekanik Material 29
2.7.1. Pengujian dinamik 29
2.7.1.1. pengujian impak jatuh bebas 29
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 34
3.1. Tempat dan Waktu 34
3.1.1. Tempat 34
3.1.2. Waktu 34
3.2. Desain SpeedBump 34
3.2.1. Model SpeedBump penghasil listrik jalan tol 41
3.2.2. Model SpeedBump Untuk Di Jalan Raya 43
3.3. Peralatan dan Bahan 45
3.3.1. Peralatan 45
3.3.2. Bahan 51
3.4. Parameter Desain 58
3.5. Prosedur Pembuatan PolymericFoam 58
3.6. Prosedur Pembuatan SpeedBump 60
10
3.7.1. Set-up Pengujian Impak 65
3.7.2. Prosedur Pengujian Impak 65
3.7.3. Prosedur Kalibrasi 66
3.8. Uji lindas Secara Langsung 69
3.9. Diagram Alir Penelitian 73
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 74
4.1. Pendahuluan 74
4.2. Pembuatan Speed Bump 74
4.3. Pembuatan Polymeric Foam 75
4.4. Pengujian Impak Jatuh Bebas 76
4.4.1. Pengujian impak jatuh bebas speed bump concrete foam
77
4.4.2. Pengujian impak jatuh bebas SpeedBumpsingle barpolymericfoam 1 inci
79
4.4.3. Pengujian impak jatuh bebas speedbump single polymericfoam 2 inci
81
4.4.4. Pengujian impak jatuh bebas dengan single polymericfoam rongga 3 inci.
83
4.4.5. Pengujian impak jatuh bebas double polymeric foam rongga 1 inci
85
4.4.6. Pengujian impak jatuh bebas dengan rongga 2 inch.
86
4.4.7. Pengujian impak jatuh bebas dengan 2 rongga 3 inci.
89
4.5. Kumpulan Dan Perbandingan Data Hasil Pengujian impak jatuh bebas
91
4.6. Uji Lindas 95
4.6.1 Set Up pengujian lindas 95
11
4.6.2.1 Spesimen A uji lindas 99
4.6.2.2 Spesimen B uji lindas 100
4.6.2.3 Spesimen C uji lindas 102
4.6.3 Rangkuman hasil uji lindas 104
4.7. Perhitungan Gaya dan Tegangan Speed Bump pada saat dilindas mobil
110
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 112
5.1. Kesimpulan 112
5.2. Saran 114
12
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit. 22
Tabel 2.2 Berat jenis (ρ) Concrete Foam berdasarkan komposisi 23
Tabel 2.3 Hasil pengujian kuat statik tekan spesimen Concrete Foam 24
Tabel 2.4 Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh. 26
Tabel 2.5 Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh 30
Tabel 3.1 Lokasi dan aktivitas penelitian 34
Tabel 3.2 Spesifikasi mesin penghalus serat 49
Tabel 3.3 Spesifikasi mesin pengaduk semen 51
Tabel 3.4 Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh. 57
Tabel 3.5 Parameter desain 58
Tabel 3.6 Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram 61
Tabel 4.1 Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram 75
Tabel 4.2 Komposisi material polymeric foam 75
Tabel 4.3 Data uji impak speed bump concrete foam ketinggian 1 meter 78
Tabel 4.4
Data uji impak SpeedBumpsinglepolymericfoam 1 inci
ketinggian 1 meter
80
Tabel 4.5
Data uji impak speed bumpsingle polymeric foam 2 inci
Ketinggian 1 meter
84
Tabel 4.6
Data uji impak speed bumpsingle polymeric foam 3 inci
ketinggian 1 meter
13
ketinggian 1 meter
Tabel 4.8 Data uji impak speed bumpdouble polymeric foam 2 inci ketinggian 1 meter
89
Tabel 4.9
Data uji impak speed bumpdouble polymeric foam 3 inci
ketinggian 1 meter
91
Tabel 4.10 Hasil pengujian jatuh bebas 93
Tabel 4.11 Rangkuman hasil pengujian impak jatuh bebas 94
Tabel 4.12 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan pertama 105
Tabel 4.13 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan Kedua 106
Tabel 4.14 Rangkuman Hasil Uji lindas pada percobaan Ketiga 107
Tabel 4.15 Rangkuman Hasil Uji lindas percobaan Keempat 108
14
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1. Pintu tol jalan bebas hambatan (highway toll gate) 2
Gambar 1.2. Sistem mekanik Speed Bump 6
Gambar 2.1. Speed bump 9
Gambar 2.2. Desain standar Speed Bump 10
Gambar 2.3. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit 12
Gambar 2.4. Serat TKKS yang dihaluskan 23
Gambar 2.5. Grafik hubungan v – t 30
Gambar 3.1. Sketsa sistem mekanik kedua 35
Gambar 3.2. Model 3D speed bump 38
Gambar 3.3. Sistem mekanik Speed Bump 39
Gambar 3.4. Ilustrasi speedbump saat dilindas ban. 40
Gambar 3.5. Aturan Keputusan Mentri Perhubungan 41
Gambar 3.6. Model Perencanaan SpeedBump di jalan Tol tipe 1 42
Gambar 3.7. Model Perencanaan SpeedBump di jalan Tol tipe 2 model sketsa 2D 42
Gambar 3.8. Model Perencanaan SpeedBump di jalan Tol Sketsa model 3D 43
Gambar 3.9. Desain SpeedBump dengan singlebarPolymericFoam 44
Gambar 3.10. Pandangan Depan SpeedBump dengan DoublebarPolymericFoam 45
Gambar 3.11. Gunting 45
Gambar 3.12. Ayakan 46
15
Gambar 3.15. Timbangan 47
Gambar 3.16. Sendok semen 48
Gambar 3.17. Oli 49
Gambar 3.18. Mesin penghalus serat 49
Gambar 3.19. Sarung tangan karet 50
Gambar 3.20. Mesin pengaduk 50
Gambar 3.21. Semen 52
Gambar 3.22. Pasir 53
Gambar 3.23. Bahan pengembang 54
Gambar 3.24. Serat TKKS 54
Gambar 3.25. Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX 56
Gambar 3.26. Blowing Agent 57
Gambar 3.27. Katalis 57
Gambar 3.28. Polymeric Foam 59
Gambar 3.29. Penuangan pasir 61
Gambar 3.30. Penuangan semen 61
Gambar 3.31. Penuangan serat TKKS 62
Gambar 3.32. Penuangan bahan pengembang 62
Gambar 3.33. Penuangan mortar dalam cetakan 62
Gambar 3.34.
SpeedBump berbahan ConcreteFoam diperkuat serat
TKKS
63
Gambar 3.35. Alat Pengujian Impak Jatuh Bebas 64
Gambar 3.36. Komponen alat uji impak jatuh bebas 65
Gambar 3.37. DAQ for Helmet Impact testing Software. 67
Gambar 3.38. Kabel Loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV 68
16
Gambar 3.40. Sketsa 2D Pengujian lindas mobil 69
Gambar 3.41. Ilustrasi ban mobil 70
Gambar 3.42. Gambar ilustrasi sistem mekanik 72
Gambar 3.43. Diagram alir penelitian 73
Gambar 4.1. Posisi speedbump datar 76
Gambar 4.2. Pengujian impak jatuh bebas concretefoam 1 m. 77
Gambar 4.3. Grafik ConcreteFoam 1 meter 78
Gambar 4.4.
Pengujian impak jatuh bebas singlepolymericfoam
rongga 1 inci.
79
Gambar 4.5. Keretakan pada speedbumpsinglepolymericfoam 1 inci 79
Gambar 4.6. Grafik SinglePolymericFoam 1 meter 1 inci 80
Gambar 4.7.
Pengujianimpakjatuhbebas single polymeric foam
rongga 2 inci.
81
Gambar 4.8. Keretakan pada speedbumpsinglepolymericfoam 2 inci 82
Gambar 4.9. SinglePolymericFoam 1 meter 2 inci 82
Gambar 4.10. Pengujian impak jatuh bebas dengan rongga 3 inci. 83
Gambar 4.11. Keretakan pada speedbumpsinglepolymericfoam 3 inci 84
Gambar 4.12. Grafik SinglePolymericFoam 1 meter 3 inci 84
Gambar 4.13. Pengujian impak jatuh dengan 2 rongga 1 inci 1 m. 85
Gambar 4.14.
Hasil uji impak speedbumpdoublepolymericfoam
rongga 1 inci ketinggian 1 m
86
Gambar 4.15. Grafik DoublePolymericFoam 1 meter 1 inci 86
Gambar 4.16. Pengujian impak jatuh dengan 2 rongga 2 inci 1 m. 87
Gambar 4.17.
Hasil uji impak speedbumpdoublepolymericfoam
rongga 2 inci ketinggian 1 m
17
Gambar 4.19. Pengujian impak jatuh dengan 2 rongga 3 inci 1 m 89
Gambar 4.20
Hasil uji impak speedbumpdoublepolymericfoam
rongga 3 inci ketinggian 1 m
90
Gambar 4.21 Grafik DoublePolymericFoam 1 meter 3 inci 90
Gambar 4.22 Rangkuman Gaya pada speedbump 91
Gambar 4.23 Rangkuman tegangan pada speedbump 92
Gambar 4.24 Set up sistim mekanik 95
Gambar 4.25 Set up pengujian lindas 96
Gambar 4.26 Spesimen A1 SpeedBump 199
Gambar 4.27 Spesimen A2 SpeedBump 100
Gambar 4.28 Spesimen B1 SpeedBump 101
Gambar 4.29 Spesimen B2 SpeedBump 102
Gambar 4.30 Spesimen C1 SpeedBump 103
