BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Polimer
Polimer sebenarnya sudah ada dan digunakan manusia sejak berabad-abad
yang lalu. Polimer - polimer yang sudah digunakan itu adalah jenis polimer alam
seperti selulosa, pati, protein, wol, dan karet. Istilah polimer pertama kali
digunakan oleh kimiawan dari Swedia, Berzelius pada tahun 1833.
Polimer adalah suatu rantai berulang atom yang panjang, terbentuk dari
pengikat yang beruba molekul identik yang disebut monomer. Sekalipun biasanya
merupakan organik (memiliki rantai karbon),ada juga banyak polimer inorganik.
Contoh terkenal dari polimer adalah plastik DNA. Meskipun istilah polimer lebih
populer menunjuk kepada plastik, tetapi polimer sebenernya terdiri dari banyak
kelas material alami dan sintetik dengan sifat dan kegunaan yang beragam. Bahan
polimer alami seperti shellac dan amber telah digunakan selama beberapa abad.
Kertas diproduksi dari selulosa , sebuah polisakarida yang terjadi secara alami
yang ditemukan dalam tumbuhan. Biopolimer seperti protein dan asam nukleat
memiliki peranan penting dalam proses kehidupan.
Istilah plastik dan polimer sering kali dipakai secara bergantian. Faktanya,
plastik adalah suatu material hasil rekayasa yang tidak sederhana dalam struktur
molekulnya melainkan memiliki komposisi yang rumit, yang dengan sengaja
Plastik merupakan polimer yang ditambahkan dengan aditif, dimana aditif
merupakan material yang dapat meningkatkan kemampuan (properties) polimer.
Aditif adalah material yang ditambahkan untuk meningkatkan kemampuan
(properties) dari polimer.( Crompton, 1979)
Secara umum polimer memiliki sifat-sifat umum yang khas, diantaranya
adalah :
- Mampu cetak yang baik. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak
dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya akibatnya biaya
pembuatan relatif lebih rendah dibanding pada logam atau keramik.
- Produk yang kuat dan ringan dapat dibuat. Berat jenis polimer adalah
rendah dianding logam dan keramik, yaitu 1,0 – 1,7 yang memungkinkan
dapat diproduksi barang yang kuat dan ringan.
- Banyak diantara polimer bersifat isolator yang baik. Polimer mungkin saja
dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam,
butiran karbon, serbuk alam dan lain-lain.
- Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia. Pemilihan bahan
yang baik akan menghasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik
sekali.
- Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung
pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat plastis, pengisi dan
sebagainya. Sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang luas.
- Kekerasan permukaan sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada tetapi
- Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu
kecuali pada bahan tertentu seperti politetrafluoretilen. Kalau tidak larut,
mudah retak karena kontak terus-menerus dengan zat pelarut dan disertai
adanya tegangan. Oleh karena itu perlu perhatian khusus.
- Beberapa bahan tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil
(Surdya, T dan Saito, S, 1995)
2.1.1 Jenis -Jenis Polimer
Berdasarkan sumbernya polimer dapat dibagi dalam dua bagian yaitu:
1. Polimer alami : kayu, kulit binatang, kapas, karet alam ,rambut
2. Polimer sintetis :
a. Tidak terdapat secara alami : nylon,poliester polypropylene,polistirena
b. Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis
c. Polimer alami yang dimodifikasi : seluloid ,cellophane (bahan dasar dari
selulosaa tetapi telah mengalami modifikasi secara radikal sehingga
kehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya )
Berdasarkan jumlah rantai karbonnya polimer dapat dibagi dalam enam
jenis atau bagian yaitu :
a. 1-4 Gas (LPG,LNG)
b. 5-11 Cair (bensin)
c. 9-16 Cairan dengan viskositas rendah
e. 25-30 Padat (parafin,lilin)
f. 1000-3000 Plastik (polistirena,polietilen,dll)
Polimer didefinisikan sebagai substansi yang terdiri dari molekul-molekul
yang menyertakan rangkaian satu atau lebih dari satu unit monomer. Manusia
sudah berabad-abad menggunakan polimer dalam bentuk minyak, aspal, damar,
dan permen karet. Tapi industri polimer modern baru mulai berkembang pada
masa revolusi industri. Di akhir 1830-an, Charles Goodyear berhasil
memproduksi sebentuk karet alami yang berguna melalui proses yang dikenal
sebagai “vulkanisasi”. 40 tahun kemudian, Celluloid (sebentuk plastik keras dari
nitrocellulose) berhasil dikomersialisasikan. Adalah diperkenalkannya vinyl,
neoprene, polystyrene, dan nilon di tahun 1930-an yang memulai ‘ledakan’ dalam
penelitian polimer yang masih berlangsung sampai sekarang.
Polimer seperti kapas, wol, karet, dan semua plastik digunakan di hampir
semua industri. Polimer alami dan sintetik bisa diproduksi dengan beragam
kekakuan, kekuatan, ketebalan, dan ketahanan terhadap panas. Elastomer (polimer
bersifat elastis) memiliki struktur yang saling bersilangan dan longgar. Struktur
rantai bertipe inilah yang menyebabkan elastomer memiliki ingatan. Rata-rata 1
dari 100 molekul saling bersilangan. Saat jumlah rata-rata ikatan saling
bersilangan itu meningkat (sekitar 1 dalam 30), material menjadi lebih kaku dan
rapuh. Baik karet alami dan sintetis adalah contoh dari elastomer. Di bawah
dibentuk atau dicetak. Berbeda dengan elastomer, plastik lebih kaku dan tidak
memiliki elastisitas yang dapat dibalik. Selulosa mreupakan salah satu contoh
material berpolimer yang harus dimodifikasi secara bertahap sebelum diproses
dengan metode yang biasanya digunakan untuk plastik. Beberapa plastik (seperti
nilon dan selulosa asetat) dibentuk menjadi fiber.
Padatan amorf terbentuk saat rantai memiliki orientasi yang kecil di
sepanjang polimer yang besar. Temperatur transisi kaca merupakan titik dimana
polimer mengeras menjadi padatan amorf. Istilah ini digunakan sebab padatan
amorf punya sifat-sifat yang mirip dengan kaca. Dalam proses kristalisasi,
ditemukan bahwa rantai-rantai yang relatif pendek mengorganisir diri mereka
sendiri menjadi struktur kristalin lebih cepat daripada molekul yang lebih panjang.
Dengan begitu, derajat polimerisasi (DP) merupakan sebuah faktor yang penting
dalam menentukan kekristalinan sebuah polimer. Polimer dengan DP yang tinggi
sulit diatur menjadi lapisan-lapisan sebab cenderung menjadi kusut.
2.1.2. Karakteristik Plastik
Pada dasarnya plastik secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga) macam dilihat
dari temperaturnya, yakni :
1. Bahan Thermoplastik (Thermoplastic) yaitu akan melunak bila dipanaskan
dan setelah didinginkan akan dapat mengeras. Contoh bahan thermoplastik
adalah : PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT, Polyacetal (POM), PC
2. Bahan Thermoseting (Thermosetting) yaitu plastik dalam bentuk cair dan
dapat dicetak sesuai yang diinginkan serta akan mengeras jika dipanaskan
dan tetap tidak dapat dibuat menjadi plastik lagi. Contoh bahan
thermosetting adalah : PU (Poly Urethene), UF (Urea Formaldehyde), MF
(Melamine Formaldehyde), polyester, epoksi dll
3. Bahan Elastis (Elastomer) yaitu bahan yang sangat elastis. Contoh bahan
elastis adalah : karet sintetis
Gambar 2.1 Klasifikasi polimer
(Saptono, Rahmat, 2007)
1. Polypropylene
Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termoplastik
yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi,
diantaranya pengemasan, tekstil (contohnya tali, pakaian dalam termal, dan
perlengkapan labolatorium, pengeras suara, komponen otomotif, dan uang kertas
polimer. Polimer adisi yang terbuat dari propilena monomer, permukaannya tidak
rata serta memiliki sifat resistan yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut
kimia, basa dan asam. Polipropena biasanya didaur-ulang, dan simbol daur
ulangnya adalah nomor "5".
Kebanyakan polipropilena komersial merupakan isotaktik dan memiliki
kristalinitas tingkat menengah di antara polietilena berdensitas rendah dengan
polietilena berdensitas tinggi; modulus Youngnya juga menengah. Melalui
penggabungan partikel karet, PP bisa dibuat menjadi liat serta fleksibel, bahkan di
suhu yang rendah. Hal ini membolehkan polipropilena digunakan sebagai
pengganti berbagai plastik teknik, seperti ABS. Polipropilena memiliki
permukaan yang tak rata, seringkali lebih kaku daripada beberapa plastik yang
lain, lumayan ekonomis, dan bisa dibuat translusen (bening) saat tak berwarna tapi
tidak setransparan polistirena, akrilik maupun plastik tertentu lainnya. Bisa juga
dibuat buram dan/atau berwarna-warni melalui penggunaan pigmen, Polipropilena
memiliki resistensi yang sangat bagus terhadap kelelahan (bahan).
Kebanyakan barang dari plastik untuk keperluan medis atau labolatorium
bisa dibuat dari polipropilena karena mampu menahan panas di dalam autoklaf.
Sifat tahan panas ini menyebabkannya digunakan sebagai bahan untuk membuat
ketel (ceret) tingkat – konsumen. Wadah penyimpan makan yang terbuat dari PP
takkan meleleh di dalam mesin cuci piring dan selama proses pengisian panas
perahan terbuat dari propilena yang ditutupi dengan foil aluminium (keduanya
merupakan bahan tahan-panas).
2. Polistirena
Polistirena adalah molekul yang memiliki berat molekul ringan, terbentuk
dari monomer stirena yang berbau harum. Polistirena merupakan polimer
hidrokarbon parafin yang terbentuk dengan cara reaksi polimerisasi. Salah satu
jenis polistirena yang cukup popular dikalangan masyarakat produsen maupun
konsumen adalah polistirena foam. Polistirena foam dikenal luas dengan istilah
Styrofoam yang seringkali digunakan secara tidak tepat oleh publik karena
sebenarnya Styrofoam merupakan nama dagang yang telah dipatenkan oleh
perusahaan Dow Chemical. Oleh pembuatanya Styrofoam dimaksudkan untuk
digunakan sebagai insulator pada bahan konstuksi bangunan. Polistirena foam
dihasilkan dari campuran 90-95% polistirena dan 5-10% gas seperti n-butana atau
n-pentana. Polistirena foam dibuat dari monomer stirena melalui polimerisasi
suspense pada tekanan dan suhu tertentu, selanjutnya dilakukan pemanasan untuk
melunakkan resin dan menguapkan sisa blowing agent. Polistirena foam
merupakan bahan plastik yang memiliki sifat khusus dengan struktur yang
tersusun dari butiran dengan kerapatan rendah, mempunyai bobot ringan, dan
terdapat ruang antar butiran yang berisi udara yang tidak dapat menghantar panas
sehingga hal ini membuatnya menjadi insulator panas yang sangat baik.
Polistirena foam begitu banyak dimanfaatkan dalam kehidupan, tetapi tidak dapat
dengan mudah direcycle sehingga pengolahan limbahnya harus dilakukan secara
3. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS)
Termasuk kelompok engineering thermoplastic yang berisi 3 monomer
pembentuk. Akrilonitril bersifat tahan terhadap bahan kimia dan stabil terhadap
panas. Butadiene memberi perbaikan terhadap sifat ketahanan pukul dan sifat liat
(toughness). Sedangkan stirena menjamin kekakuan (rigidity) dan mudah
diproses. Beberapa grade ABS ada juga yang karakteristik yang berfariasi, dari
kilap tinggi sampai rendah dan dari yang mempunyai impact resistance tinggi
sampai rendah. Berbagai sifat lebih lanjut juga dapat diperoleh dengan
penambahan aditif sehingga diperoleh grade ABS yang bersifat menghambat
nyala api, transparan, tahan panas tinggi, tahan terhadap sinar UV, dll. (
Mujiarto,2005 )
4. Polyvinyl chloride
Polyvinyl chloride (polivinil klorida) merupakan hasil polimerisasi
monomer vinil klorida dengan bantuan katalis. Pemilihan katalis tergantung pada
jenis proses polimerisasi yang digunakan.( Mujiarto,2005 )
5. Polyacetal
Polyacetal (poliasetal) merupakan salah satu engineering plastic yang
penting yang banyak digunakan di bidang teletronik, bangunan dan sector alat-alat
tehnik. Ada 2 tipe poliasetal yaitu homopolimer dan kopolimer. Asetal
homopolimer merupakan polimer kristalin yang dibuat dari formaldehida. Resin
dicampur dengan aditif seperti : antioksidan, lubrikan, filler, pewarna, UV
stabilizer, dll. Resin ini aslinya berwarna putih buram. Sifat-sifat umum resin
asetat adalah:
a. Strength
Tanpa adanya modifikasi, resin ini mempunyai kekuatan tarik, kekuatan kompresi
dan ketahanan gesek yang tinggi. Resin ini halus dan deformasinya rendah jika
diberi beban. Resin ini mempunyai batas lelah bengkuka n (flexural fatique) yang
tinggi sehingga baik digunakan sebagai bahan baku pegas.
b. Toughness
Resin ini umumnya liat, tahan pukul meskipun pada suhu rendah, kemulurannya
pada suhu kamar mencapai 12% dan pada suhu yang lebih tinggi mencapai 18%.
c. Thermal
Titik leleh homopolimer asetal lebih rendah daripada engineering thermoplastic
lainnya.
d. Electrical
Sifat elektrikalnya dipengaruhi oleh kandungan uap air. Konstanta dielektrikalnya
bervariasi dari frekwensi 102-106Hz, dan dielectric strength-nya tinggi.
e. Chemical
Tahan terhadap bermacam-macam pelarut, eter, minyak pelumas, minyak, bensin,
bahan baker dari methanol, dll.
f. Friksi/umur pakai
Sifat pakai dan friksi baik karena permukaannya lebih keras dan koefisien
g. Flameability
Resin asetal homopolimer ini merupakan material yang terbakar pelan-pelan
dan berasap sedikit.
h. Stabiliants dimensi
Karena asetal menyerap sangat sedikit uap air, maka perubahan dimensinya pun
sangat kecil.( Mujiarto,2005 )
6. Polycarbonate
Polycarbonate (polikarbonat) merupakan engineering plastic yang dibuat
dari reaksi kondensasi bisphenol A dengan fosgen (phosgene) dalam media alkali.
Polikarbonat mempunyai sifat-sifat : jernih seperti air, impact strength -nya sangat
bagus, ketahanan terhadap pengaruh cuaca bagus, suhu penggunaannya tinggi,
mudah diproses, flameabilitasnya rendah.( Mujiarto,2005 )
7. Nylon
Nylon merupakan istilah yang digunakan terhadap poliamida yang
mempunyai sifat-sifat dapat dibentuk serat, film dan plastik. Struktur nylon
ditunjukkan oleh gugus amida yang berkaitan dengan unit hidrokarbon ulangan
yang panjangnya berbeda-beda dalam suatu polimer.
Sifat-sifat nylon :
a. Secara umum nylon bersifat keras, berwarna cream, sedikit tembus cahaya.
c. Nylon merupakan polimer semi kristalin dengan titik leleh 350-570 °F. Titik
leleh erat kaitannya dengan jumlah atom karbon. Jumlah atom karbon makin
besar, kosentrasi amida makin kecil, titik lelehnyapun menurun.
d. Sedikit higroskopis : oleh karena itu perlu dikeringkan sebelum dipakai,
karena sifat mekanis maupun elektriknya dipengaruhi juga oleh kelembaban
relative dari admosfir.
e. Tahan terhadap solvent organic seperti alkohol, eter, aseton, petroleum eter,
benzene, CCl4 maupun xylene.
f. Dapat bereaksi dengan phenol, formaldehida, alcohol, benzene panas dan
nitrobenzene panas.
g. Nylon relatif tidak dipengaruhi oleh waktu simpan yang lama pada suhu
kamar. Tetapi pada suhu yang lebih tinggi akan teroksidasi menjadi berwarna
kuning dan rapuh. Demikian juga sinar matahari yang kuat akan kurang baik
terhadap sifat mekanikalnya.
h. Penambahan aditif dalam nylon dimaksud untuk memperbaiki sifat-sifat
nylon. ( Mujiarto,2005 )
8. Polyethylene Terephtalate
Polyethylene terephtalate yang sering disebut PET dibuat dari glikol (EG)
dan terephtalic acid (TPA) atau dimetyl ester atau asam terepthalat
(DMT).Sifat-sifat PET : PET merupakan keluarga polyester seperti halnya PC. Polymer PET
dapat diberi penguat fiber glass, atau filler mineral. PET film bersifat jernih, kuat,
liat, dimensinya stabil, tahan nyala api, tidak beracun, permeabilitas terhadap gas,
kekuatan (strength)-nya tinggi, kaku (stiffness), dimensinya stabil, tahan bahan
kimia dan panas, serta mempunyaisifat elektrikal yang baik. PET memiliki daya
serap uap air yang rendah, demikian juga daya serap terhadap air.(Mujiarto,2005 )
2.2. Bahan Baku
2.2.1. Aspal
Aspal didefinisikan sebagai material perekat (cementitious), berwarna
hitam atau coklat tua dengan unsur utama bitumen. Aspal dapat diperoleh di alam
ataupun juga merupakan hasil residu dari pengilangan minyak bumi. Aspal
merupakan material yang umum digunakan untuk bahan pengikat agregat, oleh
karena itu seringkali bitumen disebut pula sebagai aspal.
Aspal adalah material yang pada temperatur ruang berbentuk padat dan
bersifat termoplastis. Jadi, aspal akan mencair jika dipanaskan sampai dengan
temperatur tertentu, dan kembali membeku jika temperatur turun. Bersama dengan
agregat, aspal merupakan material pembentuk campuran perkerasan jalan
(Sukirman, 2003).
Aspal terdiri dari beberapa bentuk yaitu padat, cair dan emulsi. Berwarna
hitam atau coklat, yang mempunyai daya lekat (adhesif), mengandung
bagian-bagian utama yaitu hidokarbon yang dihasilkan dari minyak bumi atau kejadian
alami (aspal alam) dan terlarut dalam karbondisulfida.
Aspal dihasilkan dari minyak mentah yang dipilih melalui proses destilasi
minyak bumi. Proses penyulingan ini dilakukan dengan pemanasan hingga suhu
350°C dibawah tekanan atmosfir untuk memisahkan fraksi-fraksi ringan, seperti
Aspal adalah material yang termoplastik, berati akan menjadi keras atau
lebih kental jika temperatur berkurang dan akan lunak atau lebih cair jika
temperatur bertambah. Sifat ini dinamakan kepekaan terhadap perubahan
temperatur. Kepekaan terhadap temperatur dari setiap jenis aspal berbeda-beda,
yang dipengaruhi oleh komposisi kimiawi aspalnya, walaupun mungkin
mempunyai nilai penetrasi atau viskositas yang sama pada temperatur tertentu.
Pemeriksaan sifat kepekaan aspal terhadap perubahan temperatur perlu dilakukan
sehingga diperoleh informasi rentang temperatur yang baik untuk pelaksanaan
pekerjaan.
2.2.1.1. Jenis-Jenis Aspal
Secara umum, jenis aspal dapat diklasifikasikan berdasarkan asal dan
proses pembentukannya adalah sebagai berikut :
a) Aspal Alamiah
Aspal alamiah ini berasal dari berbagai sumber, seperti pulau Trinidad dan
Bermuda. Aspal dari Trinidad mengandung kira-kira 40% organik dan zat-zat
anorganik yang tidak dapat larut, sedangkan yang berasal dari Bermuda
mengandung kira-kira 6% zat-zat yang tidak dapat larut. Dengan
pengembangan aspal minyak bumi, aspal alamiah relatif menjadi tidak
penting.
b) Aspal Batuan
Aspal batuan adalah endapan alamiah batu kapur atau batu pasir yang
bagian di Amerika Serikat. Aspal ini umumnya membuat permukaan jalan
yang sangat tahan lama dan stabil, tetapi kebutuhan transportasi yang tinggi
membuat aspal terbatas pada daerah-daerah tertentu saja.
c) Aspal Minyak Bumi
Aspal minyak bumi perrtama kali digunakan di Amerika Serikat untuk
perlakuan jalan pada tahun 1894. Bahan-bahan pengeras jalan aspal sekarang
berasal dari minyak mentah domestik bermula dari ladang-ladang di
Kentucky, Ohio, Michigan, Illinois, Mid-Continent, Gulf-Coastal, Rocky
Mountain, California, dan Alaska. Sumber-sumber asing termasuk Meksiko,
Venezuela, Colombia, dan Timur Tengah. Sebesar 32 juta ton telah
digunakan pada tahun 1980 (Oglesby, 1996).
Aspal pabrik, merupakan aspal yang terbentuk oleh proses yang terjadi
dalam pabrik, sebagai hasil samping dari proses penyulingan minyak bumi. Aspal
pabrik ini, mempunyai kualitas standard. Aspal pabrik terbagi kedalam tiga jenis,
yaitu :
a. Aspal emulsi, yaitu campuran aspal (55%-65%), air (35%-45%) dan bahan
emulsi 1% sampai 2%. Di pasaran ada dua macam aspal emulsi, yaitu jenis
aspal emulsi anionik (15%) dan jenis aspal emulsi kationik (di pasaran lebih
banyak, yaitu sebesar 85%).
b. Aspal cair, disebut juga aspal cut-back, yang dibagi-bagi menurut proses
fraksinya. Misalnya Slow Curing (SC), Medium Curing (MC) dan Rapid
c. Aspal beton, disebut juga Asphalt Concrete (AC) yang dibagi-bagi menurut
angka penetrasinya. Misal : AC 40/60, AC 80/100, dan seterusnya. Umumnya
aspal beton yang digunakan dalam proyek-proyek konstruksi jalan terbagi
atas beberapa jenis yaitu jenis aspal beton campuran panas atau dikenal
dengan Hot Mix Asphalt Concrete (HMAC) merupakan aspal yang paling
umum digunakan dalam jalan raya, sedangkan jenis lainya seperti aspal beton
campuran hangat, aspal beton campuran dingin, dan aspal mastis (Asiyanto,
2008).
Aspal yang digunakan untuk perkerasan jalan yang dicampurkan dengan
agregat dengan atau tanpa bahan tambahan disebut dengan aspal beton. Dan yang
paling umum digunakan yaitu aspal beton campuran panas yang dikenal dengan
Hot Mix sedangkan jenis lainnya seperti aspal beton campuran hangat, aspal beton
campuran dingin, dan aspal mastis (Asiyanto, 2008).
Aspal padat iran merupakan salah satu jenis aspal minyak bumi yang
diimpor dari Iran-Teheran. Aspal jenis ini sangat sesuai dan direkomendasikan
untuk negara beriklim tropis seperti Indonesia, karena di desain untuk bisa elastis
menyesuaikan suhu yang naik dan turun, contohnya aspal yang dipergunakan
sebagai bahan utama dalam penelitian ini yaitu aspal dengan angka penetrasi
60/70. Untuk data jenis pengujian dan data persyaratan aspal tersebut tercantum
Tabel 2.1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Penetrasi 60/70
(Sumber:Anonim, 2010)
2.2.1.2. Aspal Polimer
Aspal polimer adalah suatu material yang dihasilkan dari modifikasi antara
polimer alam atau polimer sintetis dengan aspal. Modifikasi aspal polimer (atau
biasa disingkat dengan PMA) telah dikembangkan selama beberapa dekade
terakhir. Umumnya dengan sedikit penambahan bahan polimer (biasanya sekitar
2-6%) sudah dapat meningkatkan hasil ketahanan yang lebih baik terhadap
Sifat Ukuran Spesifikasi Standart
Pengujian
Densitas pada T 25°C K/m³ 1010 - 1060 ASTM-D71/3289
Penetrasi pada T 25°C 0,1 mm 60/70 ASTM-D5
Titik leleh °C 49/56 ASTM-D36
Daktilitas pada T 25°C Cm Min.100 ASTM-D113
Kerugian Pemanasan %wt Max.0,2 ASTM-D6
Penurunan pada penetrasi
setelah pemanasan
% Max.20 ASTM-D6&D5
Titik nyala °C Min.250 ASTM-D92
Kelarutan dalam CS² %wt Min.99,5 ASTM-D4
deformasi, mengatasi keretakan-keretakan dan meningkatkan ketahanan usang
dari kerusakan akibat umur sehingga dihasilkan pembangunan jalan lebih tahan
lama serta juga dapat mengurangi biaya perawatan atau perbaikan jalan (Polacco,
2005).
Penggunaan campuran polimer aspal merupakan trend yang semakin
meningkat tidak hanya karena faktor ekonomi, tetapi juga demi mendapatkan
kualitas aspal yang lebih baik dan tahan lama. Modifikasi polimer aspal yang
diperoleh dari interaksi antara komponen aspal dengan bahan aditif polimer dapat
meningkatkan sifat-sifat dari aspal tersebut. Dalam hal ini terlihat bahwa
keterpaduan aditif polimer yang sesuai dengan campuran aspal. Penggunaan
polimer sebagai bahan untuk memodifikasi aspal terus berkembang di dalam
dekade terakhir (Pei-Hung, 2000).
Untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan permukaan aspal, peneliti telah
memusatkan perhatian pada aditif yang diperoleh dengan memanfaatkan bahan
polimer seperti polistirena. Untuk bahan-bahan polimer yang efektif digunakan
jalan raya, haruslah yang dapat meningkatkan resistensi terhadap keretakan letih,
mengurangi cakupan deformasi permanen dan mengurangi pengerasan pada suhu
tinggi (King, 1986).
2.2.2. Agregat
Yang dimaksud agregat dalam hal ini adalah berupa batu pecah, krikil,
pasir ataupun komposisi lainnya, baik hasil alam (natural aggregate), hasil
pengolahan (manufactured aggregate) maupun agregat buatan (syntetic aggregate)
Menurut Pedoman No. 023/T/BM/1999, SK No. 76/KPTs/Db/1999.
Pedoman Teknik Perencanan Campuran beraspal Panas dengan Pendekatan
Kepadatan Mutlak Dep. Kimpraswil Pusat Penelitian dan Pengembangan
Teknologi Prasarana Jalan, agregat dibedakan dalam beberapa kelompok yaitu :
a. Agregat kasar, yaitu batuan yang tertahan saringan No. 8 (2,36 mm) terdiri
atas batu pecah atau kerikil pecah. Agregat kasar dalam campuran beraspal
panas untuk mengembangkan volume mortar dengan demikian membuat
campuran lebih ekonomis dan meningkatkan ketahanan terhadap
kelelehan.
b. Agregat halus, yaitu batuan yang lolos saringan No. 8 (2,36 mm) dan
tertahan saringan No. 200 (0.075 mm) terdiri dari hasil pemecahan batu
atau pasir alam. Fungsi utama dari agregat halus adalah untuk
mendukung stabilitas dan mengurangi deformasi permanen dari campuran
melalui ikatan dan gesekan antar partikel, berkenaan dengan itu agregat
halus harus memiliki kekerasan yang cukup dan mempunyai sudut,
mempunyai bidang pecah permukaan, bersih dan bukan bahan organik.
c. Agregat pengisi (filler), terdiri atas bahan yang lolos saringan No. 200
(0,075 mm) tidak kurang dari 75% terhadap beratnya.(SK. SNI M-02-
1994-03). Fungsi dari Filler adalah untuk meningkatan viskositas aspal
dan untuk mengurangi kepekaan terhadap temperatur. Hasil penelitian
umumnya menunjukan bahwa meningkatnya jumlah bahan pengisi (filler)
cenderung akan meningkatkan stabilitas dan mengurangi rongga dalam
2.2.2.1. Penggunaan Pasir Sebagai Bahan Agregat
Pasir adalah bahan batuan halus yang terdiri dari butiran sebesar 0,14 - 5
mm didapat dari hasil disintegrasi batu alam (natural sand) atau dapat juga
pemecahanya (artifical sand), dari kondisi pembentukan tempat terjadinya pasir
alam dapat dibedakan atas : pasir galian, pasir sungai, pasir laut yaitu bukit-bukit
pasir yang dibawa ke pantai (Setyono, 2003).
Pasir merupakan agregat halus yang berfungsi sebagai bahan pengisi
dalam campuran aspal beton. Agregat ini menempati kurang lebih 70% dari
volume aspal, sehingga akan sangat berpengaruh terhadap kekuatannya.
Persyaratan pasir menurut PUBI 1982 agar dapat digunakan sebagai bahan
konstruksi adalah sebagai berikut :
- Pasir harus bersih. Bila diuji dengan memakai larutan pencuci khusus, tinggi
endapan pasir yang kelihatan dibandingakan tinggi seluruhnya endapan tidak
kurang dari 70%.
- Kandungan bagian yang lewat ayakan 0,063 mm (lumpur) tidak lebih besar
dari 5% berat.
- Angka modulus halus butir terletak antara 2,2 sampai 3,2 bila diuji memakai
rangkaian ayakan dengan mata ayakan berukuran berturut-turut 0,16 mm,
0,315 mm, 0,63 mm, 1,25 mm, 2,5 mm, dan 10 mm dengan fraksi yang lewat
ayakan 0,3 mm minimal 15% berat.
- Pasir tidak boleh mengandung zat-zat organik yang dapat mengurangi mutu
aspal. Untuk itu bila direndam dalam larutan 3% NaOH, cairan di atas
- Kekekalan terhadap larutan MgSO4, fraksi yang hancur tidak lebih dari 10%
berat.
- Untuk beton dengan tingkat keawetan yang tinggi, reaksi pasir terhadap alkali
harus negatif (Setyawan, 2006)
Senyawa kimia silikon dioksida, juga yang dikenal dengan silika (dari
bahasa latin silex), adalah oksida dari silikon dengan rumus kimia SiO2 dan telah
dikenal sejak dahulu kekerasannya. Silika ini paling sering ditemukan di alam
sebagai pasir atau kuarsa, serta di dinding sel diatom.
2.2.3. Polistirena
Polistirena adalah sebuah polimer dengan monomer stirena, sebuah
hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu
ruangan, polistirena biasanya bersifat termoplastik padat, dapat mencair pada suhu
yang lebih tinggi. Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna,
keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai 17
macam produk dengan detil yang bagus. Penambahan karet pada saat polimerisasi
dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis ini dikenal
dengan nama High Impact Polystyrene (HIPS). Polistirena murni yang transparan
bisa dibuat menjadi beraneka warna melalui proses compounding.
(http://id.wikipedia.org/wiki/Polistirena)
Karakteristik polistirena, yaitu : (Mujiarto, 2005)
1. Sifat mekanis
Sifat-sifat mekanis yang menonjol dari bahan ini adalah kaku, keras, mempunyai
2. Ketahanan terhadap bahan kimia
Ketahanan PS terhadap bahan-bahan kimia umumnya tidak sebaik ketahanan yang
dipunyai oleh PP atau PE. PS larut dalam eter, hidrokarbon aromatic dan
chlorinated hydrocarbon. PS juga mempunyai daya serap air yang rendah,
dibawah 0,25 %.
3. Abrasion resistance
PS mempunyai kekuatan permukaan relatif lebih keras dibandingkan dengan jenis
termoplastik yang lain. Meskipun demikian, bahan ini mudah tergores.
4. Transparansi
Sifat optis dari PS adalah mempunyai derajat transparansi yang tinggi, dapat
melalui semua panjang gelombang cahaya (A 90%). Disamping itu dapat
memberikan kilauan yang baik yang tidak dipunyai oleh jenis plastik lain, dimana
bahan ini mempunyai indeks refraksi 1,592.
5. Sifat elektrikal
Karena mempunyai sifat daya serap air yang rendah maka PS digunakan untuk
keperluan alat – alat listrik. PS foil digunakan untuk spacers, slot liners dan
covering dari kapasitor, koil dan keperluan radar.
6. Ketahanan panas
PS mempunyai softening point rendah (90°C) sehingga PS tidak digunakan untuk
pemakaian pada suhu tinggi, atau misalnya pada makanan yang panas. Suhu
maksimum yang boleh dikenakan dalam pemakaian adalah 75°C. Disamping itu,
2.2.4. Dikumil Peroksida
Beberapa jenis monomer, khususnya stirena dan metal metakrilat dan
beberapa sikloalkana cincin teregang, mengalami polimerisasi oleh pemanasan
tanpa hadirnya suatu inisiator radikal bebas tambahan. Akan tetapi sebagian
monomer memerlukan beberapa jenis inisiator.
Inisiator radikal bebas dikelompokkan menjadi empat tipe utama, yaitu :
peroksida dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator redoks dan beberapa
senyawa membentuk radikal bebas dibawah pengaruh cahaya (fotoinisiator).
Radiasi berenergi tinggi bisa juga menimbulkan polimerisasi radikal bebas,
meskipun radiasi seperti ini jarang digunakan.(Stevens, 2001).
Diantara berbagai tipe inisiator, peroksida (ROOR) dan hidroperoksida
(ROOH) merupakan jenis yang paling banyak digunakan. Mereka tidak stabil
dengan panas dan terurai menjadi radikal-radikal pada suatu suhu dan laju yang
tergantung pada strukturnya. Yang ideal, suatu inisiator peroksida mestilah relatif
stabil pada suhu pemrosesan polimer untuk menjamin laju reaksi yang layak
(Stevens, 2001). Teknik crosslinking (ikat silang) karet dengan peroksida telah
dikenal sejak lama. Keuntungan umum menggunakan peroksida sebagai zat ikat
silang adalah ketahanannya baik pada suhu tinggi dalam waktu yang lama,
keelastisannya yang baik, dan tidak ada penghilangan warna pada produk akhir.
2.2.4.1. Penggunaan Dikumil Peroksida (DCP) Sebagai Inisiator
Diantara berbagai tipe inisiator, peroksida (ROOR) dan hidroperoksida
(ROOH) merupakan jenis yang paling banyak digunakan.Mereka tidak stabil
tergantung pada strukturnya.Yang ideal, suatu inisiator peroksida mestilah relatif
stabil pada suhu pemrosesan polimer untuk menjamin laju reaksi yang layak
(Stevens, 2001).
DCP adalah sumber radikal sumber yang kuat, digunakan sebagai
inisiator polimerisasi, katalis, dan zat penvulkanisasi. Temperatur waktu paruh 61
°C (untuk 10 jam) 80 °C (untuk 1 jam) dan 120 °C (untuk 1 menit).
DCP terdekomposisi dengan cepat, menyebabkan kebakaran dan ledakan,
pada pemanasan dan dibawah pengaruh cahaya.DCP juga bereaksi keras dengan
senyawa yang bertentangan (asam, basa, zat pereduksi, dan logam
berat).Sebaiknya DCP disimpan dalam kondisi temperatur kamar (< 27 °C atau
maksimum 39°C) dan untuk menjaga dari zat pereduksi dan senyawa-senyawa
yangtidakkompatibeldengannya.
2.2.4.2. Degradasi Polistirena Dengan Inisiator Dikumil Peroksida
Polistirena yang ditambahkan dengan dikumil peroksida akan terjadi
pemutusan rantai polistirena dan pembentukan ikatan silang pada polistirena.
Dengan reaksinya sebagai berikut :
1. Tahap Dekomposisi
(1)
2. Tahap Inisiasi
(2)
3. Tahap Pemutusan Rantai
4. Tahap Pembentukan Ikatan Silang
(4)
Gambar 2.3. (1),(2),(3),(4) Reaksi Degradasi Polistirena dengan Dikumil
Peroksida
2.2.5. Divenil Benzena
Divenil benzena berubah-ubah secara ekstrim zat crosslinking (ikat silang)
yang sangat baik dan juga meningkatkan sifat-sifat polimer.Sebagai contoh,
divenil benzena banyak digunakan pada pabrik adesif, plastik, elastromer,
keramik, material biologis, mantel, katalis, membran, peralatan farmasi,
khususnya polimer dan resin penukar ion.
Rumus molekul divenil benzena C10H10, titik didih 195°C, tidak larut
dalam air dan larut dalam etanol dan eter dan titik nyala 76 °C. Ketika bereaksi
bersama-sama dengan stirena, divenil benzena memiliki struktur kimia benzena
dapat digunakan sebagai monomer reaktif dalam resin polyester. Stiren dan
divenil benzena bereaksi secara bersama-sama menghasilkan kopolimer stirena
divenil benzena (James, 2005).
2.3. Pengujian Mekanik
Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, harus dilakukan suatu pengujian
terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis ujji coba yang biasa dilakukan,yaitu uji
tarik (Tensile Test), uji tekan (Compression Test), uji torsi (Torsion Test),dan uji
geser (Shear Test). Tapi dalam penelitian ini hanya akan dibahas mengenai uji
tekan.
2.3.1. Uji Tekan Statik
Tegangan tekan berlawanan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan
tarik, arah kedua gaya menjahui ujung benda (kedua gaya saling berjauhan), maka
pada tegangan tekan, arah kedua gaya saling mendekati. Dengan kata lain benda
tidak ditarik tetapi ditekan (gaya-gaya bekerja di dalam benda). Kekuatan tekan
material adalah nilai tegangan tekan uniaksial yang mempunyai modus kegagalan
ketika saat pengujian. Perubahan bentuk benda yang disebabkan oleh tegangan
tekan dinamakan mampatan. Misalnya pada tiang-tiang yang menopang beban,
Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian
tekan. Ketika dalam pengujian nantinya, spesimen akan menjadi lebih mengecil
seperti menyebar lateral. ( Vernon,1992 ). Dalam pengujian ini tegangan (𝜎𝜎) pada
saat gagal atau patah diberikan oleh persamaan :
𝝈𝝈
=
𝑭𝑭𝑨𝑨
(2.1)
Dimana:
σ
= Tegangan ( N/mm²)F = Gaya maksimum (N)
A = Luas penampang (mm²)
2.3.2. Respon Material Akibat Beban Tekan Statik
Untuk mengoptimalkan produk tersebut perlu diketahui karakteristik
material penyusunnya akibat beban tekan statik.Karakteristik suatu spesimen
harus terukur, untuk itu perlu suatu pengujian tekan statik terhadap material
tertentuagar karakteristik dapat diketahui. Karakteristik dapat diketahui dari
respon yangdialami oleh material. Respon diakibatkan oleh adanya gangguan
(disturbance) yangdiberikan terhadap sebuah sistem, seperti: F (gaya), T
(temperatur), dan lain-lain.Didalam uji tekan statik, gaya yang diberikan
(a) Sebelum uji tekan (b) Setelah Uji Tekan
Gambar 2.5 Pengujian beban tekan pada spesimen
Berdasarkan respon yang ditunjukkan pada Gambar.2.8 dapat ditentukan
respon mekanik berupa tegangan normal dan regangan akibat beban tekan statik
(Gere,1987 )
Pertimbangan yang paling penting dalam upaya untuk mencegah
terjadinya kegagalan desain struktur adalah tegangan yang terjadi tidak melebihi
dari kekuatan material. Akan tetapi, ada banyak pertimbangan lain yang harus
diperhatikan,misalnya: tegangan yang terjadi secara tiba-tiba (impact), dan lain
sebagainya.Penyelidikan respon meliputi beberapa aspek,antara lain: respon
material dan struktur terhadap pembebanan tertentu,mekanisme perubahan bentuk
yang terjadi pada saat terjadinya beban maksimum dan lain sebagainya
(Gere,1987). Dalam penelitian ini terdapat bahan yang mengalami deformasi
plastis jika terus diberikan tegangan dan bahan ini tidak akan berubah ke bentuk
semula.
F
2.3.3. Sifat Mekanik
Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik atau tekan. Bila
kita terus menarik atau menekan suatu bahan sampai putus, kita akan
mendapatkan profil tarikan atau tekanan yang lengkap yang berupa kurva seperti
digambarkan pada Gambar 2.3. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya
tarik atau gaya tekan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan
dalam desain yang memakai bahan tersebut.(Johnson,1972)
Gambar 2.6 Kurva F vs ∆l
Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum
bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut
“Ultimate Compression Strength” dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tekan
maksimum.
Perubahan panjang dalam kurva disebut sebagai regangan teknik(
𝜀𝜀
𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒.),(ΔL) terhadap panjang batang mula-mula (Lo).Tegangan yang dihasilkan pada
proses ini disebut dengan tegangan teknik (
𝜎𝜎
𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒), dimana didefinisikan sebagainilai pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (Ao).
Tegangan normal tesebut akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan
persamaan berikut :
𝝈𝝈
=
𝑭𝑭𝑨𝑨𝑨𝑨
(2.2)
Dimana:
σ = Tegangan normal akibat beban tekan statik (N/mm2)
F = Beban tekan (N)
Ao = Luas penampang spesimen mula-mula (mm2)
Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan
berikut :
ε = Regangan akibat beban tekan statik (%)
L = Perubahan panjang spesimen akibat beban tekan (mm)
Lo = Panjang spesimen mula-mula (mm)
Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian
tekan yang terjadi, panjang akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen
akan menjadi besar, maka ini akan terjadi deformasi plastis .(Johnson,1972).
Hubungan antara stress dan strain dirumuskan pada persamaan berikut :
𝑬𝑬
=
𝝈𝝈
/
𝜺𝜺
(2.5)
E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan
tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas”
atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan
stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).Kurva ini ditunjukkan oleh
Gambar 2.7.
2.3.4. Uji Penyerapan Air (Water Absorption Test)
Untuk mengetahui besarnya penyerapan air oleh aspal polimer, dihitung
dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
𝑾𝑾
𝑨𝑨=
(𝑴𝑴𝒋𝒋−𝑴𝑴𝒌𝒌)
𝑴𝑴𝒌𝒌
×
𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏
%
(2.6)Dimana :
𝑊𝑊𝐴𝐴 = persentase penyerapan air (%)
Mk = massa sampel kering (g)
Mj = massa jenuh air (g)
2.4. Metode Elemen Hingga
Ansys adalah suatu perangkat lunak simulasi teknik yang ditemukan oleh
ahli perangkat lunak yaitu John Swanson. Ansys mengembangkan tujuan umum
dari analisa elemen hingga dan komputasi cairan dinamis.Ketika
Ansysmengembangkan suatu produk penambahan komputer ilmu teknik (CAE),
perangkat lunak ini mungkin lebih dikenal dengan ANSYS mekanis dan Ansys
multiphysic.
Tujuan utama dari elemen hingga dalam pemodelan untuk pemecahan
masalah mekanik secara numeric, termasuk analisa struktur yang statis dan
dinamis (baik linear dan non linear), distribusi panas dan masalah cairan serta
Teknologi Ansys mekanis mempersatukan struktur dan material yang
bersifat non-linear.Ansys multiphysic juga mengatasi masalah panas, struktur,
elektromagnetik, dan ilmu bunyi. Program Ansys dapat digunakan dalam teknik
mesin,teknik sipil, teknik listrik, fisika dan kimia.
Ansys merupakan tujuan utama dari paket permodelan elemen hingga
untuk secara numerik memecahkan masalah mekanis yang berbagai macam.
Masalah yang ada termasuk analisa struktur statis dan dinamis (baik linear dan
non-linear), distribusi panas dan masalah cairan, begitu juga dengan ilmu bunyi
dan masalah elektromagnetik.
Secara umum, suatu solusi elemen hingga dapat di pecahkan dengan
mengikuti 3 tahap ini.Ini merupakan panduan umum yang dapat digunakan untuk
menghitung analisis elemen hingga.
1. Preprocessing ; langkah-langkah dalam preprocessing yaitu:
• Mendefinisikan titik point, garis, luas, volume
• Mendefinisikan jenis elemen dan bentuk material/geometri
• Menghubungkan garis, luas, volume sesuai kebutuhan.
2. Solusi : menetapkan beban, perletakan dan menjalankan analisis;beban yang
ada berupa beban terpusat dan terbagi rata, perletakan( translasi dan rotasi)
dan terakhir menjalankan analisisnya .
• Tabel perpindahan nodal
• Tabel gaya dan momen
• Defleksi (penurunan)
