STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI ANSYS 12 PEMBUATAN ASPAL POLIMER DENGAN PERBANDINGAN CAMPURAN
POLISTIRENA PADA ASPAL 0: 50, 10:40, 20 :30 DENGAN AGREGAT 350 gr PASIR
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ARTHUR ROLLAN TARIGAN NIM. 060401056
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Dengan semakin terbatasnya sumber daya alam yang tersedia maka diperlukan upaya penggunaan material alam yang efisien namun memberikan nilai tambah sebesar-besarnya.konstruksi jalan raya merupakan konstruksi yang banyak menggunakan material alam.rekayasa teknologi bidang konstruksi jalan yang salah satunya adalah teknik bahan perkerasan jalan sangat diperlukan untuk menjawab masalah diatas.Aspal polimer merupakan alternatif yang sangat membantu agar pemakaian dapat efisien namun dapat diperoleh nilai tambah yang besar.Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh kekuatan tekan dan ketahanan rendaman air pada aspal. Aspal polimer dibuatdengan caramen campurkan Aspal dengan Polistirena yang dicampur bersama dengan agregat pasir halus kemudian ditambahkan Dikumil Peroksida (DCP) sebagai inisiator dan Divenil Benzena (DVB) sebagai pengikat. Pengujian yang dilakukan terhadap bahan ini yaitu uji penyerapan air, uji tekan statik dan simulasi dengan Ansys 12.Hasilnya menunjukkan bahwa penambahan 25 gr Polistirena pada 25 gr aspal dan 300 gr pasir halus efektif dalam meningkatkan sifat mekanik daricampuran aspal dimana dihasilkan kekuatan tekan maksimum sebesar 3,016 Mpadan persentase penyerapan air sebesar 0.205%. Untuk uji tekan statik disimulasikan dengan menggunakan program Ansys 12.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan anugerah-Nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi
SarjanaTeknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Material
Teknik, yaitu “STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI PENGARUH
VARIASI CAMPURAN POLISTIRENA DAN ASPAL PENETRASI 60/70 DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM ANSYS 12”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala
kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh
dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari
DosenPembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terimakasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak. Ir. AlfianHamsi, M.Sc. sebagai dosen pembimbing yang telah
banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga
tugas ini dapat terselesaikan.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan BapakIr.M.SyahrilGultom,
MT, selaku Ketua dan Sekretaris DepartemenTeknik Mesin,
3. Bapak Edy, dan Bapak Aman, dari Laboratorium Kimia Polimer MIPA
USU yang telah berkenan membantu penulis dalam pembutan spesimen
dan pengujian tekan.
4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik USU.
5. Orangtuatercinta (R. TarigandanS. Br Sembiring), saudara – saudaraku
yang saya sayangi (Rosa, dan Rodrik) atas doa dan dukungan yang selalu
menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikanini.
6. Kepada teman seperjuangan teknik mesin khususnya stambuk 2006
(Danny Putra , Edy,Binsar T Pardede, Dll) yang selalu mendukung
penulis dalam menyelesaikan tugas skripsiini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari sempurna,
oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnyamembangun
demi penyempurnaan di masamendatang.
Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita
semua.
Medan,
Penulis,
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR NOTASI... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar belakang ... 1
1.2Tujuan ... 4
1.3Manfaat Penelitian ... 5
1.4Batasan masalah... 5
1.5Sistematika penulisan. ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Polimer... ... 8
2.1.1 jenis jenis polimer... .. 10
2.1.2 Karakteristik Plastik... 12
2.2.1Aspal... .. 20
2.2.1.1Jenis-jenisAspal... 21
2.2.1.2AspalPolimer... ... 24
2.2.2Agregat ... 25
2.2.2.1PenggunaanPasirSebagaiBahanAgregat ... 27
2.2.3 Polistirena ... 28
2.2.4Dikumil Peroksida ... 30
2.2.4.1Penggunaan (DCP) SebagaiInisiator ... 30
2.2.4.2Degradasi PS DenganInisiator DCP ... 32
2.2.5DivenilBenzena (DVB) ... 33
2.3. Pengujian Mekanik ... 34
2.3.1UjiTekanstatik ... 34
2.3.2 Respon Material Akibat Beban Tekan Statik ... 35
2.3.3 Sifat Mekanik... 37
2.3.4 UjiPenyerapan Air (Water Absorption Test) ... 39
2.4MetodeElemenHingga ... 40
BAB III METODOLOGI 3.1Umum ... 43
3.3 Waktu dan Tempat ... 44
3.4Alat dan Bahan ... 44
3.4.1Alat ... 44
3.4.2 Bahan ... 52
3.5ProsedurPenelitian ... 55
3.5.1 PreparasiAgregat ... 55
3.5.2PreparasiBahanPolimer ... 55
3.5.3 Proses PembutanAspalPolimer ... 56
3.6.KarakterisasiAspalPolimer ... 58
3.6.1.ProsesPengujianPenyerapan Air ... 59
3.6.2.ProsesPengujianKuatTekan ... 60
3.7 Proses SimulasiNumerik ... 62
3.7.1 SimulasiUjiTekanStatik ... 63
3.7.2TampilanPembukaAnsys12 ... 63
3.7.3 Pemodelan spesimen ... 64
3.7.4 MendefinisikanElemen Type ... 65
3.7.5 Real Konstan... 66
3.7.6 MendefenisikanModel Bahan ... 67
3.7.7 Proses Meshing ... 68
3.7.8 Proses Solution... 70
3.7.9 Proses Analyzing ... 73
3.8 DiagramAlirPenelitian ... 74
4.1.1 Hasil Pengujian Daya Serap Air ... 76
4.1.2 Hasil PengujianKuat Tekan ... 77
4.2 Pembahasan ... 80
4.2.1 Pembahasan pengujian Daya Serap Air ... 80
4.2.2 Pembahasan Uji tekan ... 82
4.2.3HasilSimulasi Menggunakan Ansys 12 ... 85
4.2.3.1 HasilsimulasiVariasi 0gr PS : 50gr Aspal ... 86
4.2.3.2 HasilsimulasiVariasi 10gr PS : 40gr Aspal. ... 87
4.2.3.3 HasilsimulasiVariasi 20gr PS : 30gr Aspal. ... 88
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN 5.1Kesimpulan ... 92
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Data JenisPengujiandanPersyaratanAspalPenetrasi 60/70 ... 24
Tabel 4.1 Data hasilujidayaserap air spesimen ASTM C 20-00-2005 ... 76
Tabel4.2 Datahasilujitekanspesimen ASTM D 1559-76 ... 77
Tabel 4.3 Hasilperhitungan % Dayaserap air ... 80
Tabel 4.4 Data Hasilperhitunganujitekanseluruhnya ... 82
Tabel 4.5 sifatmekaniksetiapspesimen ... 86
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1Klasifikasipolimer ... 13
Gambar 2.2 StrukturDikumilPeroksida... 31
Gambar 2.3. (1),(2),(3),(4)ReaksiDegradasi PSdengan DCP ... 33
Gambar 2.4 StrukturDivenilbenzena ... 33
Gambar 2.5.Pengujianbebantekanpadaspesimen ... 36
Gambar 2.6 Kurva F vs∆l ... 37
Gambar 2.7 Kurvategangan-regangan ... 39
Gambar 3.1.Gelas Beaker... 45
Gambar 3.2.Gelasukur 50 mL Pyrex ... 46
Gambar 3.3.CetakanSampelKubus ... 46
Gambar 3.4.NeracaAnalitik ... 47
Gambar 3.5. Hot Plane ... 48
Gambar 3.6. Oven ... 49
Gambar 3.7. Hot Compress ... 50
Gambar3.8 MesinUjiKuatTekan... 51
Gambar 3.10.Polistirena ... 53
Gambar 3.11 Pasirhalus ... 54
Gambar 3.12.DikumilPeroksida ... 54
Gambar 3.13.DivenilBenzena ... 55
Gambar 3.14 Skemapencampuranbahanaspalpolimer ... 57
Gambar 3.15 Bentukspesimenaspalpolimer ... 58
Gambar3.16 Diagrampohonsampelhasilvariasi ... 59
Gambar 3.11 Proses perendaman specimen ... 60
Gambar 3.18Posisispesimensebelummendapattekanan ... 61
Gambar 3.19Kondisispesimensetelehmendapattekanan ... 62
Gambar3.20 Langkah-langkahsimulasipadaAnsys 12 ... 63
Gambar 3.21Tampilanawalansys 12 ... 63
Gambar 3.22.Tampilanpembuatangambarspesimenmelaluiansys ... 64
Gambar 3.23 Model spesimenmelaluiAnsys ... 65
Gambar 3.24.Tampilanelement type ... 66
Gambar 3.25.Tampilan real konstan ... 66
Gambar 3.28 Proses meshing material ... 69
Gambar 3.29Gambarspesimenhasil meshing ... 70
Gambar 3.30Tampilanuntukmembuattumpuan ... 71
Gambar 3.31 Tampilanuntukmendefinisikanbeban ... 72
Gambar 3.32.Tampilananalisa ... 73
Gambar 3.33.Tampilanuntukmelihathasilanalisavon mises ... 74
Gambar 3.34.Tampilanuntukmelihathasilanalisadisplacement ... 74
Gambar3.35 Diagramalirpenelitian ... 75
Gambar4.1Kurvaload - strokeVariasi0 gr Polistirena : 50 gr Aspal ... 78
Gambar 4.2KurvaLoad-Stroke Variasi 10 gr Polistirena : 40 gr Aspal ... 79
Gambar 4.3 KurvaLoad-Stroke Variasi 20 gr Polistirena : 30 gr Aspal ... 79
Gambar 4.4GrafikHubungan % DayaSerap Air denganPS :Aspal... 81
Gambar 4.5 Spesimen Aspal Polimer ... 82
Gambar 4.6GrafikHubunganNilai F rata-ratadenganvariasiPS :Aspal ... 84
Gambar4.7GrafikHubunganNilai σ rata ratadenganvariasiPS:Aspal ... 84
Gambar 4.8Hasilsimulasivoinmisesvariasi0gr PS : 50 gr Aspal ... 87
Gambar 4.9Hasilsimulasivoinmisesvariasi10gr PS : 40 gr Aspal... 88
Gambar 4.11 Grafik hubungan tegangan maksimum hasil pengujian dengan
variasi campuan Polistirena: Aspal ... 90
Gambar 4.12 Grafik hubungan tegangan maksimum hasil simulasi dengan variasi
DAFTAR NOTASI
Simbol Nama Keterangan Satuan
A - Luas penampang mm²
F - gaya N
σ Sigma tegangan N/𝑚𝑚𝑚𝑚2
L - panjang Mm
Δ Delta perubahan -
є Ebsilon penguluran %
t - waktu S
T - suhu ºC
M - massa Kg
E - modulus elastisitas N/𝑚𝑚𝑚𝑚2
Ρ Rho massadensity kg/𝑚𝑚𝑚𝑚3
