SAWIT AKIBAT UJI TEKAN DAN TARIK TAK LANGSUNG
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ABRAHAM GINTING 120401119
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2018
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia-Nya yang senantiasa di berikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi sarjana Teknik di Departemen Teknik mesin fakultas teknik universitas sumatera utara. Adapun judul skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah proses produksi,yaitu ” Penyelidikan Perilaku Mekanik Concrete Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Akibat Uji Tekan dan Tarik Tak Langsung”.
Selama penulisan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih:
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 Martgomi Simanjuntak, James Pauli Sinambela, Binton David Simangunsong, senior Magister Teknik Mesin Maraghi Muttaqin ST. MT, Alexander Sebayang ST. MT, Herry Darmadi ST. MT, dan teman satu lab IFRC 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.
Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan ilmu bagi penulis dan bagi masyarakat pada umumnya. Penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran yang mambangun dari pembaca.. Atas kerjasamanya diucapkan terima kasih.
Medan, Januari 2018 Penulis,
Abraham Ginting
ABSTRAK
Komposit merupakan hasil dari pencampuran dua atau lebih material yang akan menghasilkan material baru. Concrete foam adalah beton ringan yang telah mendapat perkembangan sampai dengan saat ini. Tujuan dari penilitian ini adalah untuk mengetahui variasi komposisi baru dari concrete foam yang diperkuat dengan serat tandan kosong kelapa sawit. Material dibuat dengan bahan dasar semen, air, pasir serat TKKS sebagai penguat, dan blowing agent sebagai pengembang atau pembuat rongga. Pengujian yang dilakukan dengan bahan ini yaitu: uji kuat tekan beton dan uji Brazilian (tarik tak langsung). Komposisi material dari concrete foam adalah komposisi D: semen 31,71%; pasir 42,27%; air 15,84%;
blowing agent 7,01%; serat TKKS 3.17%. Penelitian ini membandingkan komposisi D terhadap komposisi A5 dan B4 pada penelitian sebelumnya. Dari hasil pengujian tarik tak langsung didapat modulus elastisitas rata-rata komposisi D adalah 15.682 MPa, dapat disimpulkan bahwa modulus elastisitas D berada diantara komposisi A5 dengan modulus elastisitas 10,85 MPa dan komposisi B4 dengan modulus elastisitas 43,824 MPa. Dari hasil pengujian tekan didapat kuat tekan rata-rata komposisi D adalah 3,85 MPa, yang dapat disimpulkan bahwa kuat tekan komposisi D berada diantara komposisi A5 dengan kuat tekan 2,18 MPa dan komposisi B4 dengan kuat tekan 5.49 MPa
Kata Kunci: Concrete Foam, Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit, Uji Kuat Tekan Statik, Uji Kuat Tarik Tak Langsung, Speed Bump
ABSTRACT
Composites are the result of mixing two or more materials that will produce new material.
Concrete foam is a lightweight concrete that has gained developments to date. The purpose of this research is to know the variation of new compositions of concrete foam reinforced with oil palm empty bunch.Material made with cement, water, Fiber Oil Palm Empty Fruit Bunch fiber as a reinforcement, and blowing agent as a developer or cavity maker. Tests performed with this material are: static press test, indirect tensile test and concrete solid test.
The material composition of concrete foam is composition D: cement 31,49%; sand 42,27%;
water 15,84%; blowing agent 7%; Fiber Oil Palm Empty Fruit Bunch 3.4%. This study compared the composition D to the composition of A5 and B4 in the previous study. From the result of indirect tensile test obtained the average elastic modulus of D composition is 15.682 MPa, it can be concluded that the modulus of elasticity D is between the composition of A5 with the modulus of elasticity of 10.85 MPa and the composition of B4 with the modulus of elasticity 43.824 MPa. From the compressive test results obtained compressive strength of the average composition D is 3.85 MPa, which can be concluded that compressive strength of composition D is between the composition of A5 with a compressive strength of 2.18 MPa and B4 composition with a compressive strength of 5.49 MPa
Key words: Concrete Foam, Fiber Oil Palm Empty Fruit Bunch, Static Test Compressive Strength, Strong Pull Test Indirect, Speed Bump
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ...
KATA PENGANTAR ...i
ABSTRAK ...ii
ABSTRACK ...iii
DAFTAR ISI ...iv
DAFTAR GAMBAR ...vi
DAFTAR TABEL ...vii
DAFTAR NOTASI ...viii
BAB 1 PENDAHULUAN ...1
1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Tujuan Penelitian ...4
1.2.1 Tujuan Umum ...4
1.2.2 Tujuan Khusus ...5
1.3 Batasan Masalah ...5
1.4 Manfaat Penelitian ...5
1.5 Sistematika Penulisan ...5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...7
2.1 Concrete Foam ...7
2.2 Komposit ...8
2.2.1 Klarifikasi Material Komposit ...9
2.2.2 Teknik Pembuatan Material Komposit ...10
2.3 Material Komposit Concrete Foam ...10
2.3.1 Semen ...11
2.3.2 Pasir ...12
2.3.3 Air ...12
2.3.4 Bahan Pengembang ...12
2.3.5 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ...13
2.4 Beton ...14
2.4.1 Adukan Beton ...16
2.5 Beton Ringan ...17
2.6 Tegangan ...19
2.7 Regangan ...20
2.8 Modulus Elastisitas ...20
2.9 Perilaku Mekanik Akibat Beban Statik ...21
2.10 Kuat Tarik Tak Langsung (Braziliant Test)...24
BAB 3 METODE PENELITIAN ...27
3.1 Geometri Spesimen ...27
3.1.1 Spesimen Uji Tarik Tak Langsung ...27
3.1.2 Spesimen Uji Tekan beton ...27
3.2 Komposisi Bahan Material Concrete Foam ...28
3.3 Data Material ...28
3.4 Parameter Desain ...29
3.5 Tempat dan Waktu ...29
3.6 Alat dan Bahan ...30
3.6.1 Alat ...30
3.6.2 Bahan ...35
3.6.3 Bahan Pembuatan Spesimen Concrete Foam ...39
3.7 Prosedur Pembuatan Concrete Foam ...39
3.7.1 Persiapan Bahan Pembuatan Concrete Foam ...39
3.7.2 Pembuatan Concrete Foam ...40
3.8 Prosedur Pengujian Tarik Tak Langsung ...42
3.9 Prosedur Pengujian Tekan Beton ...43
3.10 Kerangka Kegiatan ...44
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ...47
4.1 Pendahuluan ...47
4.2 Proses Pembuatan Concrete Foam ...47
4.3 Komposisi Material ...48
4.4 Pengujian Tarik Tak Langsung (Braziliant Test) ...48
4.5 Pengujian Tekan Beton ...51
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ...53
5.1 Kesimpulan ...53
5.2 Saran ...53 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Parameter Tipikal TKKS per kg ... 3
Tabel 1.2 Hasil Pengujian Tekan Beton Pada Komposisi A5 dan B4 ... 4
Tabel 1.3 Hasil Pengujian Tarik Tak Langsung Komposisi A5 dan B4 ... 4
Tabel 2.1 Bahan Penyusun Tandan Kosong Kelapa Sawit ... 13
Tabel 3.1 Komposisi Bahan Material Concrete Foam... 28
Tabel 3.2 Hasil Pengujian Tekan Beton Pada Komposisi A5 dan B4 ... 28
Tabel 3.3 Hasil Pengujian Tarik Tak Langsung Komposisi A5 dan B4 ... 28
Tabel 3.4 Parameter Desain ... 29
Tabel 3.5 Aktifitas dan Lokasi Penelitian ... 29
Tabel 3.6 Spesifikasi Mesin Penghalus Serat ... 34
Tabel 3.7 Spesifikasi Mesin Pengaduk Semen ... 35
Tabel 4.1 Komposisi Bahan Material Concrete Foam... 48
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Pada Pengujian Tarik Tak Langsung ... 50
Tabel 4.3 Perbandingan Hasil Uji Tarik Tak Langsung Komposisi D, A5 dan B4 .... 50
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Kekuatan Kokoh Tekan Beton ... 52
Tabel 4.5 Hasil Perbandingan Kuat Tekan Beton Komposisid, A5 dan B4 ... 52
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Produk beton ringan.. ... 7
Gambar 2.2 Gabungan makroskopi frasa-frasa pembentuk komposit ... 9
Gambar 2.3 Tipikal kurva respon tegangan-regangan akibat beban tekan statik aksial. ... 22
Gambar 2.4 Diagram uji tekan statik ... 22
Gambar 2.5 kurva tegangan maksimum ... 23
Gambar 2.6 Kurva gaya Tarik vs pertambahan Panjang ... 24
Gambar 2.7 Brazilian test ... 25
Gambar 3.1 Spesimen Uji Tarik Tak Langsung. ... 27
Gambar 3.2 Spesimen Uji Tekan Beton... 27
Gambar 3.3 Gunting ... 30
Gambar 3.4 Ayakan ... 30
Gambar 3.5 Ember Plastik ... 31
Gambar 3.6 Cetakan Spesimen ... 31
Gambar 3.7 Timbangan... 32
Gambar 3.8 Sendok Semen ... 32
Gambar 3.9 Gelas Ukur ... 33
Gambar 3.10 Oli ... 33
Gambar 3.11 Mesin Penghalus Serat ... 34
Gambar 3.12 Sarung Tangan Karet... 34
Gambar 3.13 Mesin Pengaduk ... 35
Gambar 3.14 Semen ... 36
Gambar 3.15 Pasir ... 37
Gambar 3.16 Bahan Pengembang ... 38
Gambar 3.17 Serat TKKS. ... 38
Gambar 3.18 Blowing Agent ... 40
Gambar 3.19 Penuangan Pasir ... 40
Gambar 3.20 Penuangan Semen ... 40
Gambar 3.21 Penuangan Serat TKKS... 41
Gambar 3.22 Penuangan Bahan Pengembang ... 41
Gambar 3.23 Alat Uji ServoPulser ... 43
Gambar 3.24 Mesin uji tekan statik Compression Testing Machine ... 44
Gambar 3.25 Diagram Alir Penelitian ... 46
Gambar 4.1 Spesimen uji ... 48
Gambar 4.2 Pengujian Tarik Tak Langsung ... 49
Gambar 4.3 Grafik uji tarik tak langsung pada spesimen D1, D2 dan D3... 49
Gambar 4.4 Pengujian Tekan Statik ... 51
DAFTAR NOTASI
E Modulus Elastisitas Pa
𝜎
TTegangan Tarik Pa
𝜎 Tegangan Normal Pa
ε Regangan -
F Gaya Tekan Total N
k Konstanta N.m
m Massa kg
A Luas Penampang m
2l Panjang m
Δ𝑙 Perubahan Panjang m
g Gravitasi m/s
2BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Beton menyerupai batu yang diperoleh dengan membuat suatu campuran yang mempunyai proporsi tertentu dari semen, pasir dan koral atau agregat lainnya, dan air untuk membuat campuran tersebut menjadi keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi struktur yang diinginkan [1].
Beton merupakan bahan bangunan yang sangat populer digunakan dalam dunia jasa konstruksi karena beton mudah di bentuk dan tidak akan berubah bentuk apabila telah mencapai waktu tertentu. Penelitian tentang beton sudah banyak dilakukan dan akan terus berlanjut sebagai upaya menjawab tuntutan perkembangan zaman dan kondisi lingkungan. Diketahui bahwa kekuatan beton banyak dipengaruhi oleh bahan pembentuknya (air, semen dan agregat) sehingga kontrol kualitas dari bahan-bahan tersebut harus diperhatikan dengan seksama agar diperoleh beton sesuai dengan yang diinginkan.
Sampai saat ini beton masih menjadi pilihan utama dalam pembuatan struktur.
Sifat-sifat dan karakteristik material penyusun beton akan mempengaruhi kinerja beton yang dibuat. Kinerja beton ini harus disesuaikan dengan kelas dan mutu beton yang dibuat Sehingga dalam penggunaannya dapat disesuaikan dengan bangunan ataupun kontruksi yang akan dibangun untuk mendapatkan hasil yang memuaskan dan sesuai dengan dibutuhkan.
Beton yang sangat sering ditemukan dipasaran adalah beton yang komposisi materialnya terdiri dari semen, air dan agregat atau dengan menambah zat aditif.
Beton yang ada dipasaran lebih berat jika dibandingkan dengan beton ringan.
Semakin berat beton tentu biaya pengirimannya akan semakin besar sehingga harga
jual beton akan semakin tinggi.
Sejalan dengan berkembangnya ilmu konstruksi beton, telah ditemukan banyak cara/metode dalam pembuatan beton. Saat ini, pembuatan konstruksi beton ringan semakin meningkat karena penggunaan beton ringan merupakan material yang aman dan ekonomis. Metode-metode yang sering digunakan dalam pembuatan beton ringan adalah dengan memasukkan foaming agent kedalam campuran air, pasir dan semen [2]. Pembentukan pori-pori pada beton membuat beton tersebut menjadi ringan karena berkurangnya jumlah material yang digunakan. Selain menambahkan agen busa ke dalam campuran beton, penambahan agregat ringan seperti fly ash [3], serbuk gergaji [4], abu sekam padi [5], Styrofoam [6], dan batu apung [7] juga dapat mengurangi berat jenis beton tersebut.
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan limbah Pabrik Kelapa Sawit (PKS) yang jumlahnya sangat banyak, yaitu 1,9 juta ton berat kering atau setara dengan 4 juta ton berat basah pertahun. PT. Perkebunan Nusantara II (PTPN II) menghasilkan limbah TKKS sebanyak 1350 ton pertahun. Pada umumnya material ini dimanfaatkan sebagai pupuk organik dilahan perkebunan dengan cara dibakar atau dibuang kembali kelahan tersebut dan dibiarkan mengalami proses fermentasi secara alami [8].
Pengolahan limbah TKKS dewasa ini mulai diteliti kegunaannya, sehingga nilai ekonomis dari material limbah tersebut dapat dinaikkan dan sekaligus dapat memberi solusi atas penanganan produk limbah yang sebelumnya terbuang sia-sia.
Sebagai contoh pemanfaatan TKKS ini dibidang teknologi diantaranya ialah pembuatan papan partikel 9 , parking bumper [10], kerucut lalu lintas [11], helmet sepeda [12], dan bahan baku kertas. sehingga masih terbuka kemungkinan serat TKKS ini diolah ke bentuk material/struktur lainnya yang mempunyai nilai ekonomis tinggi. Salah satu bentuk strukturnya adalah struktur beton.
Agregat penguat (reinforcing filler) digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat
mekanikal concrete foam seperti yang telah dijelaskan diatas. Sedangkan pengisi
bukan penguat seperti foaming agent digunakan untuk membuat pori-pori udara dalam concrete foam.
Setiap jenis agregat ringan memberikan sifat-sifat tertentu kepada concrete foam sebagai akibat dari sifatnya yang spesifik. Agregat penguat yang digunakan adalah limbah serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Serat TKKS ini memiliki sifat kekuatan tarik yang baik terutama setelah dilakukan perlakuan (treatment) khusus yaitu merendam serat tersebut ke dalam 1% cairan NaOH. Berdasarkan penelitian tiap kandungan serat TKKS secara fisik mengandung bahan-bahan serat seperti lignin (16,19%), selulosa (44,14%), dan hemiselulosa (19,28%) yang mirip dengan bahan kimia penyusun kayu [13].
Untuk beberapa bidang aplikasi, penggunaan serat TKKS sebagai suatu agregat penguat alternatif bagi concrete foam adalah sangat bermanfaat. Tetapi dalam praktiknya, penggunaan serat TKKS ini masih belum populer, dan hanya digunakan sebagai bahan serat untuk polimer dan masih dalam skala laboratorium saja.
Serat TKKS ini menghasilkan suatu agregat penguat bagi concrete foam yang tidak hanya dapat menurunkan berat, tetapi juga dapat menghasilkan modulus/kekakuan, kekuatan tarik, dan kekuatan geser yang lebih baik dari produk- produk concrete foam lainnya. Komposisi material kimia dalam TKKS merupakan kandungan maksimum seperti diperlihatkan pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Parameter tipikal TKKS per kg. [14]
No. Material-material Kandungan Komposisi (%)
1. Uap air 5,40
2. Protein 3,00
3. Serat 35,00
4. Minyak 3,00
5. Kelarutan Air 16,20
6. Kelarutan Unsur Alkali 1% 29,30
7. Debu 5,00
8. K 1,71
9. Ca 0,14
10. Mg 0,12
11. P 0,06
12. Mn, Zn, Cu, Fe 1,07
T O T A L 100,00
Pada penelitian sebelumnya sudah dilakukan penelitian tentang concrete foam oleh Nuzuli Fitriadi dan sudah diseminarkan pada seminar internasional NAE 2013.
Pada penelitian tersebut didapat hasil pada Tabel 1.1 dan 1.2
Tabel 1.2 Hasil Pengujian Tekan Beton Pada Komposisi A5 dan B4 [14]
Spesimen Umur (hari)
Berat (kg)
Beban Tekan (ton)
Kokoh Tekan (kg/cm2)
Kuat Tekan S
c(MPa)
A5 28 3.18 5 22.22 2.18
B4 28 4.85 12.6 56 5.49
Tabel 1.3 Hasil Pengujian Tarik Tak Langsung Komposisi A5 dan B4 [14]
Spesimen Umur
(hari) Regangan Tegangan (Mpa)
Modulus
Elastisitas (Mpa)
A5 28 0.003 0.03 10.
B4 28 0.002 0.104 43.8
Pada penelitian ini peneliti ingin membuat komposisi baru dengan harapan
untuk membuat material yang memiliki nilai efisiensi yang lebih baik.
1.2 Tujuan Penelitian 1.2.1 Tujuan umum
Tujuan umum pada penelitian ini adalah untuk mendapatkan perilaku mekanik material concrete foam dicampur serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) pada uji tekan dan uji tarik tak langsung.
1.2.2 Tujuan Khusus
Tujuan khusus penelitian ini adalah:
1. Untuk mendapatkan perbandingan nilai material concrete foam yang sesuai untuk pembuatan speed bump melalui pengujian tarik tak langsung
2. Untuk mendapatkan perbandingan nilai material concrete foam yang sesuai untuk pembuatan speed bump melalui pengujian tekan beton
1.3 Batasan Masalah
Untuk dapat arah penelitian yang baik, maka perlu adanya batasan masalah sebagai berikut.
1. Speed bump yang terbuat dari bahan concrete foam diperkuat dengan serat TKKS.
2. Ukuran spesimen yang dibuat dengan dimensi 150 x 150 x 150 mm untuk kubus dan dimensi D40 x 80mm untuk silinder sebagai contoh yang digunakan untuk pengujian.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah untuk mengetahui perilaku mekanik concrete
foam yang dicampur dengan serat TKKS dengan mengetahui respon mekanik dari
komposisi material penyusunnya. Manfaat lain dari penelitian ini adalah untuk
memanfaatkan limbah tandan kosong kelapa sawit menjadi sebuah produk yang
mempunyai nilai guna lebih tinggi.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang dilakukan dalam pembuatan tugas akhir ini adalah:
BAB 1 PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang yang menentukan pengambilan penelitian dan dilanjutkan dengan rumusan masalah, metode penelitian dan sistematika penulisan skripsi ini.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini menjelaskan tentang ulasan teori-teori yang berhubungan dengan penelitian skripsi ini baik dari teori dasar maupun teori penunjang lainnya.
BAB 3 METODOLOGI
Di dalam bab ini membahas tentang hal-hal yang ditunjukan untuk mencapai tujuan dimana mencangkup dalam segi perencaan dan perhitungan.
BAB 4 ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Bab ini akan menjelaskan hasil dari yang didapat dari hasil penelitian meliputi data-data yang sudah ada maupun data-data tambahan.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari semua penelitian yang dilakukan untuk skripsi ini dan saran yang mendukung kedepannya.
DAFTAR PUSTAKA
Berisi seluruh referensi yang digunakan dalam penelitian untuk pembuatan
skripsi ini.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA 2.1.
Concrete FoamConcrete foam adalah salah satu jenis beton ringan yang menggunakan foam sebagai agregat ringannya. Pada umumnya concrete foam dibuat dengan cara pengadukan campuran semen, pasir dan air serta foam yang sudah dibuat dengan memanfaatkan foam generator untuk membuat busa secara terpisah. Setelah busa terbentuk lalu dimasukkan ke dalam adonan beton dan selanjutnya ke dalam cetakan.
Selain penggunaan busa sebagai agregat ringannya, banyak juga yang menambahkan agregat ringan lainnya seperti fly ash, batu apung, expanded polystyrene, Styrofoam, dll.
Berat jenis concrete foam berkisar antara 600-1600 kg/m
3. Karena itu keunggulan utama concrete foam adalah pada beratnya, sehingga apabila digunakan pada bangunan tinggi (high rise building) akan dapat mengurangi berat bangunan tersebut secara signifikan, yang selanjutnya berdampak kepada perhitungan pondasi.
Dengan berbagai kelebihannya tersebut, saat ini beton ringan banyak diaplikasi dalam berbagai bentuk struktur seperti diperlihatkan pada Gambar 2.1.
(a) (b) (c)
Gambar 2.1 Produk beton ringan (a) bata/blok, (b) panel, dan (c) bentuk khusus.
Kelemahan beton ringan adalah nilai kuat tekannya (compressive strength)
terbatas, sehingga material ini sangat tidak dianjurkan penggunaan untuk perkuatan
struktural [14].
Pengembangan bahan campuran untuk membuat beton ringan sudah banyak dilakukan seperti yang disebutkan sebelumnya. Pada tulisan ini, peneliti ingin membuat struktur beton ringan bentuk spesimen uji beton yang dicampur dengan bahan pembuat busa dan limbah TKKS. TKKS merupakan limbah akhir dari pengolahan biji kelapa sawit yang masih kurang dimanfaatkan dan cenderung dibuang begitu saja sebagai limbah atau dimanfaatkan sebagai pupuk alam dan atau dibakar untuk menghasilkan abu gosok. Sehingga perlu dikaji kembali pemanfaatan limbah TKKS ini menjadi salah satu bahan campuran beton ringan untuk meningkatkan daya guna yang lebih baik.
Komposisi material bahan beton ringan diambil berdasarkan fraksi berat material penyusun dari masing-masing material pendukungnya dengan variasi terhadap semen, pasir, air, foam dan serat TKKS. Variasi tersebut untuk membentuk material beton ringan yang mempunyai kekuatan yang lebih baik, ekonomis, serta dapat mengurangi berat akhir produk yang dihasilkan.
Untuk mengetahui kekuatan dan perilaku mekanik dari beton ringan tersebut, tentunya perlu diadakan pengujian lebih lanjut. Adapun metode pengujian yang akan dilakukan adalah uji tekan statik dan dinamik. Uji statik dilakukan dengan 2 (dua) metode yaitu statik tekan dan tarik tak langsung (Brazilian test). Uji dinamik adalah pengujian impak kecepatan tinggi terhadap spesimen uji yang bertujuan untuk mengetahui besarnya tegangan dan regangan beton ringan tersebut terhadap beban impak.
2.2. Komposit
Komposit adalah gabungan antara dua atau lebih bahan material dengan
tujuan untuk mendapatkan material yang baru, dengan sifat-sifat material yang lebih
unggul dengan material yang sebelumnya. Gabungan makroskopi frasa pembentuk
komposit dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Matriks Penguat /serat
Keterangan gambar:
1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat.
2. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
3. Komposit merupakan gabungan, campuran dua atau lebih bahan bahan yang terpisah.
Gambar 2.2 Gabungan makroskopi frasa-frasa pembentuk komposit Sifat-sifat dari material komposit di pengaruhi oleh tiga faktor, yaitu:
1. Susunan struktural komponen. Ukuran dan bentuk penyusun struktur dan distribusinya merupakan faktor penting dalam tampilan komposit secara keseluruhan.
2. Material pembentuk. Sifat yang dimiliki material sangat memegang peranan penting terhadap pengaruh sifat komposit.
3. Interaksi antar komponen. Perpaduan antara beberapa material pada komposit memiliki sifat kombinasi yang berbeda
Pada umumnya fungsi matriks adalah memindah tegangan (stress) secara merata, melindungi serat dari gesekan mekanik, serta memberikan ketahanan terhadap lingkungan yang merugikan.
Pada komposit tolak ukur yang mempengaruhi sifat bahan adalah bentuk, ukuran, orientasi, dan distribusi (filler). Untuk aplikasi struktur sifat mekanik ditentukan oleh pemilihan bahan. Sedangkan sifat mekanik pada komposit tergantung pada sifat bahan penyusunnya.
Penggunaan serat pada komposit terbagi atas dua bagian, yaitu: serat alami dan serat buatan. Serat alami adalah serat yang terdapat atau di hasilkan secara alami.
Keuntungan dari serat alami adalah lebih ekonomis dari serat buatan. Contoh dari
Komposit
serat alam adalah serat tandan kosong kelapa sawit. Serat buatan adalah serat yang di hasilkan oleh industri. Contoh serat buatan adalah serat gelas, grafit, dan karbon.
Keuntungan dari serat buatan adalah pada pengujian uji Tarik lebih kuat dari pada serat alam, tetapi biaya untuk produksi serat buatan sangat lah tinggi.
2.2.1 Klarifikasi Material Komposit a. Berdasarkan strukturnya:
1. Particulate Composite Materials (Komposit Partikel) merupakan jenis komposit yang menggunakan parikel/butiran sebagai pengisinya.
2. Fibrous Composite Material (Komposit Serat) terdiri dari dua material yaitu matrik dan serat.
3. Stuctural Composite Materials (Komposit berlapis) terdiri dari sekurang-kurangnya dua material. Proses pelapisannya dilakukangan dengan mengkombinasikan aspek terbaik dari masing-masing lapisan untuk memperoleh bahan yang berguna.
b. Berdasarkan Matrik Penyusunnya:
1. MMC: Metal Matrix Composite (Menggunakan matrik logam) 2. CMC: Ceramic Matrix Composite (Menggunakan matrik
Keramik)
3. PMC: Polymer Matrix Composite (Menggunakan matrik Polimer)
2.2.2 Teknik Pembuatan Material Komposit
Pada umumnya pengadukan bahan-bahan yang ada pada komposit dilakukan dengan cara pengadukan. Dengan selang waktu tertentu sesuai dengan kebutuhan.
Pengadukan ini dapat dilakukan dengan cara manual atau pun dengan menggunakan
mesin. Metode pembuatan material komposit dapat dibagi mejadi beberapa bagian,
yaitu :
1. Metode pemampatan atau tekanan 2. Metode pemberian tekanan dan panas 3. Metode penuangan secara langsung 2.3 Material Komposit Concrete Foam
Pada komposit concrete foam, materialnya terdiri dari semen, pasir, air, blowing agent dan serat TKKS. Blowing agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah Surfaktan.
2.3.1 Semen
Kata semen berasal dari caementum (bahasa latin), yang artinya "memotong menjadi bagian-bagian kecil tak beraturan”. Semen adalah zat yang digunakan untuk merekat batu, bata, batako maupun bahan bangunan lainnya. Material semen adalah material yang mempunyai sifat-sifat adhesif dan kohesif yang diperlukan untuk mengikat agregat-agregat menjadi suatu massa yang padat yang mempunyai kekuatan yang cukup [1].
Semen merupakan hasil industri dari paduan bahan baku: batu gamping/kapur sebagai bahan utama, yaitu bahan alam yang mengandung senyawa Calcium Oksida CaO), dan lempung/tanah liat yaitu bahan alam yang mengandung senyawa: Silika Oksida (SiO
2), Alumunium Oksida (Al
2O
3), Besi Oksida (Fe
2O
3) dan Magnesium Oksida (MgO) atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk (bulk), tanpa memandang proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air.
Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh, sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Fungsi utama dari semen adalah untuk mengikat partikel agregat yang terpisah sehingga menjadi satu kesatuan.
Bahan dasar pembentuk semen adalah:
1. 3CaO.SiO2 (tricalcium silikat) 2. 2CaO.SiO2 (dicalcium silikat) 3. 3CaO.Al2O3 (tricalcium aluminate)
4. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (tetracalcium alummoferrit)
Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran beton.
Kandungan semen hidraulik yang tinggi akan memberikan banyak keuntungan, antara lain dapat membuat campuran mortar menjadi lebih kuat, lebih padat, lebih tahan air, lebih cepat mengeras, dan juga memberikan rekatan yang lebih baik. Kerugiannya adalah dengan cepatnya campuran beton mengeras, maka dapat menyebabkan susut kering yang lebih tinggi pula. Beton dengan kandungan hidraulik rendah akan lebih lemah dan mudah dalam pergerakan.
2.3.2 Pasir
Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya digunakan untuk mengisi bagian terbesar dari beton yang mana mengisi 75 % bagian dari beton.
Semakin besarnya ukuran agregat yang digunakan maka akan semakin mengurangi jumlah semen yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi panas yang timbul pada saat pencampuran air dan hubungan antara thermal stress dan shrinkage cracks.
Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa ukuran agregatnya lebih dari 40 mm dan untuk kekuatan di antara 30 MPa agregat yang digunakan berukuran 20 mm.
2.3.3 Air
Air digunakan untuk membuat adukan menjadi bubur kental dan juga sebagai
bahan untuk menimbulkan reaksi pada bahan lain untuk dapat mengeras. Air
diperlukan pada pembuatan beton untuk memicu proses kimiawi semen, membasahi
agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Oleh karena itu, air
sangat dibutuhkan dalam pelaksanaan pengerjaan bahan. Nilai banding berat air dan
semen untuk suatu adukan beton dinamakan Water Cement Ratio (W.C.R). Air yang
dapat digunakan dalam proses pencampuran beton adalah sebagai berikut:
1. Air yang digunakan pada campuran beton haruslah bersih dan bebas dari bahan–bahan yang merusak yang mengandung oli, asam, alkali, garam, bahan organik, atau bahan–bahan lainnya yang merugikan terhadap beton.
2. Air pencampur yang digunakan pada beton prategang atau pada beton yang di dalamnya tertanam logam aluminium, termasuk air bebas yang terkandung dalam agregat, tidak boleh mengandung ion klorida dalam jumlah yang membahayakan.
2.3.4 Bahan Pengembang
Bahan pengembang adalah material yang digunakan untuk menghasilkan struktur berongga pada komposit yang dibentuk, agar material komposit mengalami pengembangan volume. Caranya adalah mencampurkan bahan pembentuk busa dan air dengan perbandingan 1:60. Pada penelitian ini pengembang bersifat surfaktan.
2.3.5 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Bahan penguat Komposit yang digunakan ialah dari bahan TKKS yang kemudian dibentuk menjadi ukuran halus dan dicampur dalam matriks. Ukuran serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18 cm dan serat ini dihaluskan lagi hingga mencapai ukuran 0,1-0,8 mm. Bahan-bahan penyusun TKKS dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit [14]
No Bahan-Bahan Kandungan Komposisi (%)
1. Uap air 5.40
2. Protein 3.00
3 Serat 35.00
4. Minyak 3.00
5. Kelarutan air 16.20 6. Kelarutan unsur alkali 1 % 29.30
7. Debu 5.00
8. K 1,71
9. Ca 0,14
10. Mg 0,12
11. P 0,06
12. Mn, Zn, Cu, Fe 1,07
TOTAL 100,00
Tandan Kosong Kelapa Sawit segar dari hasil Pabrik Kelapa Sawit umumnya memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%, sedangkan bagian Lignoselulose sendiri terdiri dari Lignin 16,19%, Selulose 44,14% dan Hemiselulose 19,28%. Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan limbah dari tandan kosong kelapa sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif dan asam lemak yang sangat tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik material yang dibentuk.
Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong kelapa sawit terlebih dahulu direndam kedalam larutan NaOH 1% selama sehari, kemudian dicuci dengan air bersih dan dikeringkan pada suhu kamar selama kurang lebih 3 hari.
2.4 Beton
Menurut Persyaratan Umum Bahan Bangunan Indonesia (PUBI) 1982, beton
didefenisikan sebagai bahan yang diperoleh dengan mencampurkan agregat halus
(pasir), agregat kasar (kerikil), air dan semen Portland atau bahan pengikat hidrolis
lain yang sejenis, dengan atau tanpa bahan tambahan lain. Campuran dari pada agregat halus, air dan semen saja disebut adukan (mortar).
Menurut Standar Nasional Indonesia (SK SMI T-15-1991-03) beton didefenisikan sebagai campuran antara semen Portland atau semen hidrolik yang lain, agregat kasar, agragat halus dan air atau dengan bahan tambahan hingga membentuk massa padat [15].
Berdasarkan beratnya, beton diklasifikasikan menjadi tiga jenis yaitu beton ringan (light-weight concrete), beton normal (normal weight concrete) dan Beton berat (heavy-weight concrete). Beton yang termasuk normal-weight concrete umumnya adalah beton dengan berat sekitar 2400 kg/m
3, untuk lightweight concrete dengan berat kurang dari 1800 kg/m
3, dan untuk heavyweight concrete dengan berat lebih besar dari 3200 kg/m
3[16].
Susunan beton secara umum, yaitu: 7-15 % PC, 16-21 % air, 25-30% pasir, dan 31-50% kerikil. Kekuatan beton terletak pada perbandingan jumlah semen dan air, rasio perbandingan air terhadap semen (W/C ratio) yang semakin kecil akan menambah kekuatan (compressive strength) beton. Kekuatan beton ditentukan oleh perbandingan air dan semen, selama campuran cukup plastis, dan beton dapat dipadatkan secara sempurna dengan agregat yang baik.
Sifat dan karakter mekanik beton secara umum adalah:
1. Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength), tetapi tidak begitu pada gaya tarik (low tensile strength). Bahkan kekuatan gaya tarik beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya tekannya.
2. Beton tidak mampu menahan gaya tegangan (tension) yang tinggi, karena elastisitasnya yang rendah.
3. Konduktivitas termal beton relatif rendah.
Dalam keadaan yang mengeras, beton bagaikan batu dengan kekuatan tinggi.
Dalam keadaan segar, beton dapat dibentuk sesuai kebutuhan, sehingga dapat
digunakan untuk membentuk seni arsitektur atau untuk tujuan dekoratif. Beton juga akan memberikan hasil akhir yang bagus jika pengolahan akhir dilakukan dengan cara khusus umpamanya diekspos agregatnya (agregat yang mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan di bagian luar, sehingga nampak jelas pada permukaan betonnya).
Faktor-faktor yang membuat beton banyak digunakan karena memiliki keunggulan-keunggulannya antara lain:
1. Kemudahan pengolahannya: yaitu dalam keadaan plastis, beton dapat diendapkan dan diisi dalam cetakan.
2. Material yang mudah didapat: Sebagian besar dari material- material pembentuknya, biasanya tersedia dilokasi dengan harga murah atau pada tempat yang tidak terlalu jauh dari lokasi konstruksi.
3. Kekuatan tekan tinggi: Seperti juga kekuatan tekan pada batu alam, yang membuat beton cocok untuk dipakai sebagai elemen yang terutama memikul gaya tekan, seperti kolom dan konstruksi busur.
4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari kelebihan beton.
Sampai saat ini beton masih menjadi pilihan utama dalam pembuatan struktur.
Sifat-sifat dan karakteristik material penyusun beton akan mempengaruhi kinerja beton yang dibuat. Kinerja beton ini harus disesuaikan dengan kelas dan mutu beton yang dibuat. Sehingga dalam penggunaannya dapat disesuaikan dengan bangunan ataupun kontruksi yang akan dibangun untuk mendapatkan hasil yang memuaskan dan sesuai dengan dibutuhkan.
2.4.1 Adukan Beton
Beton yang berasal dari pengadukan bahan-bahan penyusun agregat kasar dan
agregat halus kemudian diikat dengan semen yang bereaksi dengan air sebagai bahan
perekat, harus dicampur dan diaduk dengan benar dan merata agar dapat dicapai mutu
beton yang baik. Pada umumnya pengadukan bahan beton dilakukan menggunakan
mesin pengaduk 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 kemerosotan (slump) pada setiap adukan beton baru (Chawla, 1987). Nilai slump digunakan sebagai petunjuk ketepatan jumlah pemakaian air dalam hubungannya dengan faktor air semen yang ingin dicapai.
Waktu pengadukan lamanya tergantung pada kapasitas isi mesin pengaduk, jumlah adukan, jenis serta susunan butir bahan penyusun, dan slump beton, pada umumnya tidak kurang dari 1,50 menit dimulai semenjak pengadukan, dan hasil umumnya menunjukkan susunan dan warna merata. Sesuai dengan tingkat mutu beton yang dihasilkan memberikan:
1. Keenceran dan kekentalan adukan yang mmungkinkan pengerjaan beton (penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah kedalam adukan tanpa menimbulkan kemungkinan terjadinya segregation atau pemisahan agregat.
2. Ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosif, dan lain- lain).
3. Memenuhi uji kuat yang hendak dipakai.
2.5 Beton Ringan
Di dalam bidang ilmu teknologi beton dikenal adanya istilah beton ringan
(Light Weight Concrete). Pembuatan beton ringan dengan pemakaian aggregat
ringan dimulai sejak munculnya aggregat ringan yang dibuat dari proses pembakaran
Shale dan Clays pada tahun 1917 oleh S. J. Hayde. Pemakaian beton ringan pertama
kali diperkenalkan di Amerika pada Perang Dunia I (1917) oleh Perusahaan
Emergency Fleet Building, dengan memakai Aggregate Expanded Shale, dan dipakai
untuk konstruksi kapal serta perahu. Beton ringan bertulang tersebut mempunyai
kekuatan 34.47 MPa dan berat isi 1760 kg/m3.
Sejak tahun 1950-an beton ringan telah dipakai pada struktur gedung bertingkat, lantai kendaraan pada jembatan dan beton precast, dan lain-lain. Ada beberapa cara untuk memproduksi beton ringan tetapi itu semuanya hanya tergantung pada adanya rongga udara dalam aggregat, atau pembuatan rongga udara dalam beton, diantaranya ada beberapa cara pembuatannya, yaitu dapat dilakukan dengan 3 cara pembuatan.
1. Beton ringan dengan bahan batuan yang berongga atau agregat ringan buatan yang digunakan juga sebagai pengganti agregat dasar/kerikil. Beton ini memakai aggregat ringan yang mempunyai berat jenis yang rendah (berkisar 1400 kg/m
3-2000 kg/m
3) akibat agregat kasar yang bersifat porous [4]. Agregat yang dipakai berasal dari alam, proses pembakaran, hasil produksi industri serta bahan-bahan organik lainnya. Berdasarkan aggregat beton ringan ini dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:
a. Beton ringan-total (All-Light Weight Concrete) Campuran beton dengan menggunakan agregat ringan butiran halus maupun kasar.
b. Beton Ringan Pasir (Sand-Light Weight Concrete).
Untuk memperoleh kekuatan beton yang lebih baik, agregat halus diganti dengan pasir alam sedangkan agregat kasar merupakan agregat ringan. Beton ringan dapat dibagi lagi dalam tiga golongan berdasarkan tingkat kepadatan dan kekuatan beton yang dihasilkan dan berdasarkan jenis agregat ringan yang dipakai, beton ringan dapat diklasifikasikan menjadi tiga yaitu:
a. Beton Insulasi (Insulating Concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 300 kg/m
3-800 kg/m
3dan berkekuatan tekan berkisar 0,5-6,89 MPa, yang biasanya
dipakai sebagai beton penahan panas (insulasi panas) disebut juga
low density concrete. Beton ini banyak digunakan untuk keperluan
insulasi, karena mempunyai kemampuan konduktivitas panas yang
rendah, serta untuk peredam suara. Jenis agregat yang biasa
digunakan adalah perlite dan vermiculite.
b. Beton ringan dengan kekuatan sedang (Moderate Strength Concrete) Beton ringan dengan berat (density) antara 800 kg/m
3-1440 kg/m
3, yang biasanya dipakai sebagai beton struktur ringan atau sebagai pengisi (fill concrete). Beton ini terbuat dari agregat ringan buatan seperti: terak (slag), abu terbang (fly ash), lempung, batu sabak (slate), batu serpih (shale), dan agregat ringan alami, seperti pumice, skoria, dan tufa. Beton biasanya memiliki kekuatan tekan berkisar 5- 17 MPa.
c. Beton Struktural (structural concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 1440-1850 kg/m
3yang dapat dipakai sebagai beton struktural jika bersifat mekanik (kuat tekan) dapat memenuhi syarat pada umur 28 hari mempunyai kuat tekan berkisar > 17,24 MPa. Untuk mencapai kekuatan sebesar itu, beton ini dapat memakai agregat kasar seperti expanded shale, clays, slate, dan slag.
2. Beton ringan tanpa pasir (No Fines Concrete)
Adalah beton yang tidak menggunakan agregat halus (pasir) pada campuran pastanya atau sering disebut beton non pasir, sehingga mempunyai sejumlah besar pori-pori. Dengan berat isi berkisar 880-1200 kg/m
3. Kekuatan beton no fines berkisar 7-14 MPa yang dipengaruhi oleh berat isi beton dan kadar semen. Pemakaian beton tipe ini sangat baik untuk kemampuan insulasi dari struktur, meskipun keberadaan rongga udara sangat banyak dan cenderung seragam dapat mengurangi kuat tekan agregat.
3. Beton ringan yang diperoleh dengan memasukkan udara dalam adukan atau mortar (beton aerasi/beton busa/gas).
Dengan demikian akan terjadi pori-pori udara berukuran 0,1-1 mm dalam
betonnya, dikenal sebagai beton tererasi, beton berongga, beton busa atau
beton gas. Memiliki berat isi 200-1440 kg/m
3dan biasanya digunakan
untuk keperluan insulasi serta beton tahan api.
2.6 Tegangan
Apabila sebuah batang atau plat dibebani sebuah gaya maka akan terjadi gaya reaksi yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang batang tersebut. Jadi tegangan adalah suatu ukuran intensitas pembebanan yang dinyatakan oleh gaya dan dibagi oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja. Tegangan ada bermacam-macam
sesuai dengan pembebanan yang diberikan. Komponen tegangan pada sudut yang tegak lurus pada bidang ditempat bekerjanya gaya disebut tegangan langsung.
Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik sedangkan pada beban tekan akan terjadi tegangan tekan. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan persentasi. Besarnya tegangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar tegangan suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk [15]. Maka, rumus tegangan adalah
………..…..……...(2.1) Dimana:
σ
= Tegangan (N/m
2) F = gaya (Newton)
A = luas penampang awal (m
2)
2.7 Regangan
Regangan adalah suatu bentuk tanpa dimensi untuk menyatakan perubahan bentuk. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan persentasi.
Besarnya regangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar regangan suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk. Maka, rumus regangan adalah
A
F
………...(2.2) Dimana:
Ε
= Regangan
𝓁 = panjang mula-mula (mm)
Δ𝓁 = Perubahan panjang yang terjadi (mm)
2.8 Modulus Elastisitas
Modulus Elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan dalam deformasi yang elastis sehingga menunjukkan kecenderungan suatu material untuk berubah bentuk dan kembali lagi kebentuk semula jika diberi beban.
Modulus elastisitas merupakan
angka yang digunakan untuk mengukur objek atau ketahanan bahan untuk mengalami deformasi elastis. Bahan kaku akan memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi. Besarnya perubahan yang terjadi tergantungpada elastisitas bahannya dan seberapa besar gaya yang bekerja.[16] Sehingga secara matematis, nilai modulus elastisitas dapat ditulis dengan menggunakan persamaan (2.3).
...………(2.3) dimana:
E = Modulus elastisitas (Pa)
σ= Tegangan normal (Pa) ε = Regangan
2.9 Perilaku Mekanik Akibat Beban Tekan Statik
Perilaku mekanik dapat didefinisikan sebagai suatu reaksi yang timbul akibat dari adanya suatu aksi atau gangguan. Sebagai contoh salah satu gangguan yang
E
diberikan terhadap suatu material adalah gaya, dan respon yang ditimbulkan akibat gaya yang diberikan tersebut adalah berupa tegangan, regangan, retak, patah, dan lain-lainnya. Respon yang dihasilkan tentunya dapat memberikan informasi mengenai sifat dan karakteristik suatu material tersebut [17].
Penyelidikan respon statik suatu material atau struktur merupakan rangkaian kegiatan dalam mempelajari perubahan bentuk dan kerusakan akibat pembebanan tertentu terhadap material uji sesuai ASTM C-39 dengan ukuran 150×150×150 mm, 1 MPa = 10 kg/cm
2. Kegiatan tersebut merupakan tindakan dasar untuk menanggulangi terjadinya kegagalan material dalam aplikasi teknik. Salah satu kegiatan yang paling dasar adalah melakukan pengujian dengan pembebanan tertentu terhadap sejumlah sampel.
Perilaku mekanik yang terjadi terhadap concrete foam dapat dilihat melalui kurva tegangan dan regangan. Kurva tersebut memberi informasi yang khas untuk setiap jenis pembebanan.
Untuk beban statik aksial, tipikal kurva tegangan-regangan ditunjukkan pada Gambar 2.3. Di sepanjang garis kurva terdapat tiga tingkat respon, yaitu: perilaku elastis (linear-elastic respon), plastisitas (plateau), dan densification yang ditandai dengan peningkatan tegangan yang sangat cepat.
Pada fasa pertama (linear-elastic respon) tegangan bertambah secara linear
dengan perubahan bentuk dan regangan yang terjadi. Fasa kedua (plateau) adalah
karakteristik yang ditandai dengan perubahan bentuk yang kontinyu pada tegangan
yang relatif konstan yang dikenal dengan stress atau collapse plateau. Dan fasa ketiga
deformasi adalah densifikasi, dimana tegangan (stress) meningkat tajam dan foam
mulai merespon dengan pemadatan solid. Pada fasa ini struktur sel material foam
mengalami kegagalan dan deformasi, selanjutnya menerima penekanan dari material
foam padat tersebut. Mekanisme yang dikaitkan dengan collapse plateau adalah
berbeda-beda tergantung pada sifat dinding sel.
Gambar 2.3 Tipikal kurva respon tegangan-regangan akibat beban tekan statik aksial.
Untuk Foam yang fleksibel. Collapse plateau terjadi karena tekuk elastik (elastic buckling) dari dinding sel. Untuk kekakuan dan kegetasan foam, plastic yield dan brittle crushing dinding sel adalah mekanisme utama kegagalan yang berulang- ulang. Secara skematis, pengujian beban tekan statik diilustrasikan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Diagram uji tekan statik
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.
Kurva tegangan maksimum dapat ditampilkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 kurva tegangan maksimum
Perubahan panjang dalam kurva disebut sebagai regangan tarik (ε), yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik (∆L) terhadap panjang batang mula-mula (L0). Tegangan yang dihasilkan pada proses ini disebut dengan tegangan tekan (σ), dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (A0).
Nilai modulus elastisitas bahan dapat diketahui melalui slope garis elastis linear. Tegangan normal akibat beban tekan ditentukan dengan persamaan (2.1).
Regangan akibat beban tekan statik diperoleh dengan persamaan (2.4).
…….….………...(2.4) dimana:
Δ𝓁 = perubahan panjang yang terjadi (m).
𝓁 = Panjang awal (mula-mula) (m).
Dengan mensubsitusi persamaan (2.1) persamaan (2.4), maka diperoleh persamaan (2.5).
…….………...(2.5)
E F
2.10 Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian Test)
Untuk mengetahui kuat tarik belah (S
t) dari benda uji disesuaikan dengan SNI 03-2491-2002. Ada dua metode yang dapat dipergunakan untuk mengetahui kuat tarik di laboratorium, yaitu metode kuat tarik langsung dan metode kuat tarik tak langsung. Metode kuat tarik tak langsung merupakan uji yang paling sering digunakan terhadap material getas. Hal ini disebabkan oleh uji ini lebih mudah dan murah daripada uji kuat tarik langsung.
Sama halnya dengan pengujian tekan yang menjadi fokus saat pengujian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum. Kurva perbandingan gaya tarik dengan pertambahan Panjang dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Kurva gaya Tarik vs pertambahan Panjang
Perubahan panjang dalam kurva disebut sebagai regangan (ε), yang
didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik (∆L)
terhadap panjang batang mula-mula (Lo). Tegangan yang dihasilkan pada proses ini
disebut dengan tegangan (σ), dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang
terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (Ao).
Robert Hooke (1689), telah mengamati sebuah fenomena hubungan antara tegangan dan regangan pada daerah elastis suatu bahan tertentu dan menyimpulkan bahwa Dalam batas-batas tertentu tegangan pada suatu material ialah proporsional terhadap regangan yang dihasilkan. Teori ini kemudian lebih dikenal dengan istilah hukum Hooke. Namun teori ini hanya berlaku pada batas elastis material, dimana besarnya tegangan akan berbanding lurus terhadap pertambahan regangan yang terjadi. Dan bila beban dihilangkan, maka sifat ini akan menyebabkan material kembali kedalam bentuk dan dimensi semula. Berdasarkan respon yang dialami oleh material maka karakteristik material tersebut dapat diketahui, seperti modulus elastisitas. Modulus elastisitas secara matematis (hukum Hooke) dapat ditentukan berdasarkan Persamaan (2.6).
E = σ / ε ……… (2.6) Hubungan linear antara tegangan dan regangan adalah salah satu sangat berguna dalam perhitungan terhadap respon solid elastik linear pada tegangan, tetapi tegangan mesti digunakan apabila solid yang terjadi adalah elastis terhadap regangan yang terjadi yaitu ± 0,001 dan ini terjadi pada deformasi plastis.
Dengan mensubsitusi persamaan (2.4) dan (2.5), ke persamaan (2.6), maka diperoleh persamaan (2.7).
𝐸 =
𝐹 . 𝑙∆𝑙.𝐴
…….……….(2.7)
Salah satu uji kuat tarik tak langsung adalah Brazilian test seperti diperlihatkan
pada Gambar 2.7. [14]
Gambar 2.7. Brazilian test
Pada uji Brazilian, kuat tarik batuan dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.8).
𝜎
𝑡=
2𝐹𝜋.𝐷.𝐿
