BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengenalan Geofoam
Geofoam adalah bahan geosintetik dengan bahan dasar polystyrene. Terdapat dua macam geofoam yaitu EPS (Expanded Polysterene) dan XPS (Extruded Polysterene). Perbedaan keduanya terdapat pada proses pembuatan geofoam tersebut. Karakteristik utama dari material geofoam adalah densitas yang sangat ringan sekitar 3% dari densitas material tanah. Pada struktur geotekni seperti timbunan, densitas dari material timbunan sangat mendominasi dalam desain gravitasi. Pengurangan beban struktur timbunan merupakan alasan utama digunakannya geofoam sebagai pengganti material tanah.
Proses pembuatan EPS geofoam melalui dua tahapan yaitu pre-expansion dan molding. Pada tahap pre-expansion butir-butir polysterene dimasukkan kedalam kontainer dan dipanaskan melalui uap. Penguapan ini mengakibatkan Blowing agent yang terdapat pada butir-butir polysterene untuk mengembang sehingga butir-butir tersebut membesar hingga 50 kali dibandingkan dengan volume butiran awal. Pada kondisi ini EPS disebut dengan pre-puff masing masing volume pre-puff ini adalah 98% udara dan berbentuk seperti bola. Setelah tahap ini kemudian didiamkan hingga butiran lebih suhu dan properti kimianya.
Tahap kedua yaitu molding yakni butiran butiran pre-puff tadi dimasukan kedalam cetakan blok untuk menuju proses pencetakan. Pada cetakan blok ini kembali dipanaskan sehingga pre-puff kembali mengalami pengembangan dan berbentuk polyhedral. Bentuk polyhedral ini akan mengisi ruang kosong yang ada di dalam cetakan. Setelah itu kemudian didiamkan
hingga stabil kembali suhu dan properti kimianya (dimensi EPS geofoam akan berkurang selama proses pendinginan) dan sisa blowing agent akan menguap sehingga meminimalkan peluang EPS geofoam untuk terbakar.
Penggunaan EPS geofoam biasanya diaplikasikan untuk masalah timbunan pada geoteknik. Penggunaan di lapangan EPS geofoam akan berberntuk balok-balok besar berukuran 2,4 x 1,2 m dengan panjang biasanya berukuran 6 m selain itu densitasnya yang sangat ringan dibandingkan dengan densitas tanah sekitar 1%. Dengan densitas yang ringan ini balok EPS tetap dapat menahan beban struktural yang berada di atasnya seperti beban lalu lintas, abutment jembatan, dll.
Penggunaan EPS geofoam ini berfungsi mengurangi beban yang dipikul oleh tanah dasar sehingga mengurangi terjadinya penurunan pada tanah dasar namun tetap dapat menahan beban yang bekerja di atasnya. Keunggulan lainnya EPS geofoam ini memiliki kestabilan yang baik selain itu apabila digunakan untuk material timbunan EPS geofoam ini tidak akan membusuk dan hancur di dalam tanah ataupun akibat beban yang terjadi. Penggunaannya pun sangat praktis dan mudah karena tidak tergantung oleh waktu ataupun cuaca pada saat pemasangannya.
Di samping itu keunggulannya yang memiliki berat jenis yang sangat ringan apabila dibandingkan dengan material timbunan lain dapat dilihat pada Tabel 2.1. Blok EPS geofoam ini memiliki beberapa kelemahan yaitu material yang mudah terbakar, terdapat beberapa cairan yang dapat melarutkan geofoam dan melemahkan indeks propertiesnya, memiliki kecenderungan untuk terangkat akibat gaya angkat air.
Tabel 2.1. Berbagai jenis bahan rekayasa ringan Sumber : http://www.northwestfoam.com/applc-geofoam.htm Lightweight Material Unit Volume Weight (ton/m3) Deskripsi
Blok EPS (Geofoam) 0.01 - 0.03 Ultra ringan, resin sintetik yang dapat diperluas.
Butiran yang dicampur dengan tanah 0.7 approx. or more
Faktor kepadatan; pemadatan dan deformasi yang sama terhadap tanah, ; dapat digunakan sebagai tanah konstruksi yang berlebih. Mortar dengan busa udara dan tanah
ringan yang terstabilisasi yang berbusa udara
(Air Foamed Mortar and Air
Foamed Lightweight Stabilized Soil)
0.5 approx. or more
Kepadatan dapat diatur, dapat dialirkan, dapat mengeras dengan secara dirinya, dan dapat
digunakan sebagai tanah konstruksi yang berlebih.
Debu batubara, terak yang berbentuk butiran, dll.
(Coal Ash, Granulated Slag, etc.)
1.0 - 1.5 ap-prox. Material berbentuk butiran, dapat mengeras dengan sendirinya. Tanah debu vulkanik
(Volcanic Ash Soil) 1.2 - 1.5 Material alami.
Struktur yang berongga
(Hollow Structures) 1.0 approx
Pipa yang bergelombang, gorong-gorong.
Bilah kayu
(Wood Chips) 0.7 - 1.0
Biasanya digunakan dibawah permukaan air tanah, diperlukan pengukuran anti peluluhan. Struktur berbentuk kerang
(Shells) 1.1 approx
Berukuran dari 12 sampai 76 mm, menghasilkan efek yang saling bertautan.
Butiran ban bekas
(Tire Chips) 0.7 - 0.9
Biasanya digunakan diatas permukaan air tanah, dibutuhkan lapisan pelindung tanah
2.2 Indeks Properties Geofoam
2.2.1 Properti Bahan
EPS geofoam merupakan bahan ringan dengan karakteristik insulasi dan dapat menyerap energi dengan baik. Di sisi lain kekuatan dan kekakuannnya sebanding dengan beberapa jenis tanah.
2.2.2 Kepadatan
Kepadatan EPS geofoam dapat dianggap sebagai indeks utama dari sifat-sifatnya. Kuat tekan, kuat geser, kuat tegang, kuat lentur, kekakuan, deformasi, dan sifat mekanik dipengaruhi oleh kepadatan geofoam itu sendiri. Kepadatan EPS itu sendiri berkisar antara 11 dan 30 kg/m3. Dengan sifatnya yang ringan, balok geofoam mudah dikerjakan sehingga proses pengerjaan dapat dilakukan dengan lebih cepat dan efisien, sebagai contoh, dua pekerja dapat menangani blok ukuran setengah 0.6 m x 1.2 m x 2.4 m dengan berat rata-rata 35 kg untuk geofoam dengan berat jenis 20 kg/m3.
2.2.3 Modulus elastis awal
Kurva tekanan dan regangan pada geofoam memiliki porsi linier awal. Nilai kemiringan awal bagian ini didefinisikan sebagai modulus tangen awal. Juga dikenal sebagai Modulus Young atau modulus elastisitas. Untuk EPS geofoam, dengan berat jenis 20 kg/m3 memiliki modulus awal antara 5 Mpa hingga 7.75 Mpa, yang berarti perbedaan 55%. Relasi ini merupakan relasi linear menurut beberapa peneliti seperti (Horvath, 1995b dan Miki, H., 1996) sedangkan bagi beberapa ilmuan seperti meyakini bahwa relasi ini bersifat non liniear (Dus-kov, 1997 dan Eriksson dan Trank, 1991). Para peneliti menggunakan spesimen dengan dimensi bervariasi.
Sumber : Dus-kov, 1997 dan Eriksson dan Trank, 1991
Gambar 2.1 Grafik Modulus tangen awal untuk EPS geofoam
2.2.4 Beban Siklik
Dalam beberapa situasi EPS geofoam juga dapat mengalami beban siklik. Dalam hal ini mencakup beban lalu lintas dan pembebanan dinamis lainnya. Mayoritas pengujian laboratorium dan observasi lapangan menunjukkan bahwa sifat dari beban siklik pada balok EPS geofoam bersifat elastis linier dengan ketentuan bahwa regangan (strain) tidak lebih besar dari 1%. Setelah tiga kali pengujian tehadap beban siklik, modulus tangen pada pengujian beban siklik pertama lebih besar dari pengujian beban siklik kedua dan ketiga, jika ketiga siklus tersebut dibebani hingga regangannya mencapai 10% (Eriksson dan Trank, 1991).
0.08 0.5 - 0.2 0.5 Geotech (1999) Duskov et al (1998) Ooe, et al (1996) Sanders (1996) Momoi & Kokusyo (1996) Rasio Poisson 0.075 0.09 & 0.33 0.05 0.1 Referensi Yamanaka, et al (1991) Negussey & Sun (1996) 2.2.5 Poisson Ratio
Rasio Poisson adalah rasio fraksi (atau persen) dibagi dengan ekspansi fraksi (atau persen) dari kompresi. Poisson Rasio EPS geofoam ini berkisar antara 0,05 dan 0,5 didapatkan dari literatur untuk EPS geofoam seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.2. Nilainya berkisar mulai dari bahan seperti air (Rasio Poisson setara dengan 0,5) sampai dengan bahan kaku seperti beton (Rasio Poisson setara dengan 0,15)
Tabel 2.2 Jenis EPS di Inggris
Sumber : http://www.geofoam.org/
2.2.6 Efek Pembebanan
Sifat tekanan EPS geofoam bergantung pada laju regangan (Ne-gussey, 1997). Laju regangan yang tinggi menghasilkan modulus awal yang tinggi dan menghasilkan tekanan yang lebih tinggi pula.
2.2.7 Kuat Tarik
Kekuatan tarik bahan EPS dapat menjadi indikasi kualitas fusi prepuffs dan setiap daur ulang EPS geofoam yang digunakan ketika proses berlangsung (Horvath, 1995b). Dapat dilihat bahwa kekuatan ketegangan meningkat bersamaan dengan kepadatan.
2.2.8 Kuat Lentur
Tes kekuatan lentur banyak digunakan sebagai tes kontrol kualitas didalam pabrik pembuatan EPS geofoam. Tegangan maksimum dihitung dengan mengasumsikan bahan yang elastis linier sampai dengan keruntuhan, dapat dilihat pada Tabel 2.3. Meskipun ini bukan asumsi yang akurat, tapi nilai-nilai yang dihitung ini digunakan secara luas dalam kontrol kualitas. Materi yang gagal dalam kuat tarik akan mengakibatkan retakan pada sisi tarik yang akan muncul pada saat keruntuhan.
Tabel 2.3 ASTM C 578-95 kekuatan lentur EPS
Kepadatan (kg / m3) 12 15 18 22 29
Kekuatan lentur minimum (kPa) 70 173 208 276 345
Sumber : ASTM C 578-95
2.2.9 Gesekan Antarmuka
Sheeley (2000) melakukan studi komprehensif mengenai gesekan antarmuka geofoam untuk sampel kecil dan besar. Geser permukaan antar geofoam menghasilkan kekuatan puncak dan sisa sebagai mana ditunjukan pada gambar. Pengaruh kepadatan pada kekuatan antarmuka geofoam itu diabaikan.
Sumber : Sheeley dan Negussey
Dalam praktek, untuk menghubungkan lapisan geofoam digunakan pelat metal. Sheeley dan Negussey (2000) Tabel 2.4 melaporkan bahwa pelat metal tidak memberikan peningkatan tahanan geser dalam beban satu arah dan mereduksi tahanan geser dalam beban siklik.
Tabel 2.4 Faktor Gesekan EPS Geofoam Interface (setelah Sheeley dan Ne-gussey 2000)
Sumber : Sheeley dan Negussey (2000)
2.2.10 Penyerapan Air
Penyerapan air dari EPS rendah. Meskipun penyerapan air menurun dengan meningatnya kepadatan sebagaimana ditunjukan dalam Tabel 2.5 bantalan merupakam faktor yang paling penting yang memengaruhi ketahanan, kelembaban dari EPS. Bantalan yang baik mereduksi jumlah air yang diserap praktek menunjukan masa layan 9 - 12 tahun didapat keseimbangan volume EPS sebesar 8 - 9% yang digunakan sebagai material pengisi di bawah muka air tanah (van Dorp, 1988).
Antarmuka Faktor Puncak Residual Faktor
Foam-foam, 20kg / m 3 (kering) 0.85 0.70 Foam-foam, 20kg / m 3 (basah) 0.80 0.65 Foam-foam, 30kg / m 3 (kering) 0.85 0.65 Foam-foam, 30kg / m 3 (basah) 0.75 0.65
Foam-Beton cor di tempat 2.36 1
Foam-membran HDPE bertekstur 1 ~ 1
Foam-membran HDPE halus 0.29 0.23
Tabel 2.5 Persentase Volume Penyerapan Air (Spesifikasi Jerman, van Dorp, 1988)
Sumber : Spesifikasi Jerman, van Dorp, 1988
2.2.11 Ketahanan Terhadap Zat Kimia
Ketahanan kimiawi dari EPS termoplastik tegantung pada waktu, temperatur dan tegangan yang bekerja. Serangan kimia akan menyebabkan pelunakan dan retak dari plastik tersebut. Pada zat yang bersifat asam tidak menyerang EPS, tetapi asam yang teroksidasi dan akan merusak. Tabel 2.6 memperlihatkan zat kimia yang berpengaruh pada EPS.
Tabel 2.6 Ketahanan EPS terhadap zat kimia (Setelah BASF Corp, dan van Dorp 1997, 1988)
Sumber Serangan Perilaku Ketahanan
Air Laut Tahan
Campuran Alkali Tahan
Sabun Tahan
Campuran kaustik soda Tahan
Bitumen Tahan
Minyak silikon Tahan
Alkohol Tahan
Mikro Organisme Tahan
Minyak Parafin, Vaseline, Minyak
Diesel Terbatas Perlawanan Kepadatan, kg / m 3 Setelah 7 Hari Setelah 1 Tahun
15 3.0 5.0
20 2.3 4.0
25 2.2 3.8
30 2.0 3.5
Asam kuat yang teroksidasi Tidak Tahan Uap asam Sulfur Tidak Tahan Pelarut organik Tidak Tahan Hidrokarbon alifatik jenuh Tidak Tahan
Sumber : BASF Corp, dan van Dorp 1997, 1988
2.2.12 Penyerapan Energi
EPS geofoam digunakan sebagai proteksi dari kurva tegangan reganngan EPS geofoam sebagaimana ditunjukan oleh luas dibawah kurva pada Grafik tegangan regangan yang menyatakan energi regangan yang diserap oleh material akan meningkat dengan kepadatan. Gesekan antara blok EPS geofoam menghasilkan redaman.(Kuroda, et al., 1996).
Sumber : Kuroda, et al., 1996
2.2.13 Durabilitas
Tidak ada efek pengurangan kekuatan dari EPS yang digunakan sebagai material pengisi untuk daya layan normal 100 tahun hal ini berlaku selama gaya apung dari muka air tanah diperhitungkan, blok EPS dilindungi terhadap tumpahan zat pelarut dan tegangan dari beban mati berada pada 30 - 50% kekuatan material.
2.2.14 Standar dan Manual perencanaan
Tabel 2.7 memperlihatkan standar ASTM untuk mengevaluasi properti dan foam plastik sel kaku. Di Amerika Serikat, tidak ada manual perencanaan maupun maupun manual pemasangan untuk EPS geofoam
Tabel 2.7 Standar ASTM untuk Geofoam (Ne-gussey 1997)
Property Standard Volume
Density Density Thermal Conductivity Thermal Conductivity Compressibility Flexural Tensile/Adhesion Vapor Transmission Absorption Thermal Expansion Combustion; O2 Index Insulation Specification C-303 D-1622 C-177 C-518 D-1621 C-203 D-1623 E-96 C-272 D-696 D-2863 C-578 4.06 8.01 4.06 4.06 8.01 4.06 8.01 4.06 4.06 8.01 8.02 4.06 Sumber : D6817-07 ASTM Internasional
