ANALISA STRUKTUR DAN MATERIAL
SPEED BUMP
DENGAN BAHAN
CONCRETE FOAM
UNTUK
PENGGERAK TENAGA LISTRIK
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
SAPUTRA JAYA
120401016
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
i ABSTRAK
Pembuatan dari bentuk profil speed bump yang tidak sesuai dapat membahayakan pengguna jalan yang melintas. Penelitian ini berfokus pada pembuatan profil speed bumpdari materialconcrete foamdiperkuat serat TKKS agar diperoleh desain stuktur
speed bump yang lebih baik dan lebih aman sesuai standar. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis kelemahan dan ketangguhan struktur speed bump dari bahan
concrete foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang dikenai beban impak jatuh bebas dan uji lindas. Manfaat penelitian ini untuk memanfaatkan serta mengolah Tandan Kosong kelapa Sawit (TKKS) hasil pabrik kelapa sawit agar dapat bernilai ekonomis. Banyaknya limbah kelapa sawit membuat penulis melakukan penelitian untuk memanfaatkan limbah kelapa sawit menjadi lebih bermanfaat. Pencarian energi alternatif dari sumber energi yang mempunyai potensi namun sering diabaikan. Kebutuhan energi yang berbanding lurus dengan peningkatan eksponensial populasi umat manusia membuat manusia secara cepat harus beralih menuju sumber energi alternatif terbarukan. Listrik merupakan energi yang mempunyai peran penting dalam kehidupan manusia. PLN sebagai penyedia energi listrik sekarang ini mengalami kesulitan untuk mencukupi kebutuhan energi listrik nasional. Hal ini disebabkan karena kebutuhan listrik jauh lebih besar dibandingkan dengan kapasitas pembangkitan energi yang ada saat ini. Kondisi demikian, mendorong untuk mencari dan mengkaji pemanfaatan sumber energi baru, yang sifatnya terbarukan, murah, ramah lingkungan serta jumlahnya tidak terbatas. Pembuatan pembangkit listrik tenaga speed bump ini bertujuan untuk merencanakan
speed bump dapat menjadi sumber energi untuk pembangkit listrik. Metode yang dilakukan adalah metode penelitian eksperimen. Data diperoleh melalui pengujian impak jatuh bebas pada speed bump dari bahan concrete foam. Pembuatan speed bump menggunakan campuran semen 26%, pasir 38%, air 28%, blowing agent 5%, dan serat TKKS 3%. Dimensi speed bump penggerak listrik 450 × 400 × 40. Dari hasil uji impak jatuh bebas pada ketinggian 1 meter diperoleh bahwa speed bump concrete foam yang memiliki tegangan paling tinggi sebesar 0.2405412 MPa dan gaya maksimum sebesar 481.0824 N, sedangkan speed bump concrete memiliki tegangan maksimum sebesar 0.2076777 MPa dan Gaya maksimum sebesar 415.3554 N. Uji lindas terhadap speed bump concrete foam (penggerak generator) menggunakan mobil honda FREED dengan berat 1330 kg didapatkan hasil bahwa spesimen B1 memiliki kekuatan paling baik karena dalam 5 kali pelindasan tidak mengalami keretakan. Untuk tegangan listrik yang dihasilkan pada speed bump
sebesar 0,32 volt dan putaran yang didapat PMDC sebesar 50 rpm.
Kata kunci: Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Beban Impak, Concrete foam,Speed bump, DAQImpact Testing,Uji lindas.
ii
ABSTRACT
The production of an inappropriate speed bump profile can harm road users passing by. This research focuses on making speed bump profiles of concrete foam material reinforced EBP fibers in order to obtain a better and safer speed bump structure design according to the standard. The purpose of this study was to analyze the weakness and toughness of the speed bump structure of concrete foam materials reinforced by Empty Bunches of Palm Oil (EBP) subjected to free fall impact load and run over test. The benefit of this research is to utilize and process Palm Blend Fertilizer (EBP) from palm oil mill to be economical. The amount of palm oil waste makes the authors do research to make use of palm oil waste to be more useful. The search for alternative energy potential energy sources is often overlooked. Energy requirements that are directly proportional to the exponential increase of human populations make humans should quickly move towards alternative renewable energy sources. Electricity is an energy that has an important role in human life. PLN as a provider of electrical energy is currently experiencing difficulties to meet the needs of national electrical energy. This is due to the need for electricity is much greater than the capacity of existing energy generation. Such conditions, encourage to seek and review the utilization of new energy sources, which are renewable, cheap, environmentally friendly and the amount is not limited. Making speed bump power plant is intended to plan the speed bump can be a source of energy for power plants. The method used is experimental research method. Data were obtained through the free fall impact test on the speed bump of the concrete foam material. Making speed bump using cement mix 26%, sand 38%, water 28%, blowing agent 5%, and fiber 3% EBP. Dimensional speed bump driving electric 450 × 400 × 40. From the results of the free fall test impact at a height of 1 meter obtained that the speed bump concrete foam which has the highest voltage of 0.2405412 MPa and maximum force of 481.0824 N, while the speed bump concrete has a maximum voltage of 0.2076777 MPa and maximum force of 415.3554 N. An exhaust test against speed bump concrete foam (generator drive) using FREED honda car weighing 1330 kg obtained the result that specimen B1 has the best strength because in 5 times the oppression did not experience crack. For the voltage generated at the speed bump of 0.32 volts and the round obtained PMDC of 50 rpm.
Keywords: Empty Bunches of Palm Oil (EBP), Impact Burden, Concrete foam, Speed bump, DAQ Impact Testing, Run Over Test.
iii KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan
kesempatan dan waktu sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul
“ANALISA STRUKTUR DAN MATERIAL SPEED BUMP DENGAN BAHAN CONCRETE FOAMUNTUK PENGGERAK TENAGA LISTRIK”.
Laporan hasil penelitian skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus
dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Reguler Teknik Mesin Fakultas Teknik Unuversitas Sumatera Utara.
Penulis laporan ini adalah bertujuan mengedepankan penggunaan serat TKKS untuk
penguat pada produk.
Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua saya atas doa dan motivasi yang tiada hentinya untuk
menberikan semangat agar dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku doses pembimbing penulis yang
banyak menberi masukan serta membina saya selama mengerjakan penelitian
ini.
3. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Bapak
Terang U. H. S. G. Manik, ST. MT selaku seketaris jurusan Departemen
jurusan Teknik Mesin dan Ir. Tugiman, MT selaku koordinator Skripsi.
iv
4. Seluruh staf pengajar DTM FT-USU yang telah memberikan bekal
pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai
administrasi DTM FT-USU.
5. Rekan satu tim IFRC Andy maulana putra dan senior Magister Teknik Mesin
Maraghi Mutaqin, Herry Darmadi, Alexander 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.
Penulis menyadari tentunya dalam penulisan dan penyusunan laporan
penelitian skripsi ini masih banyak kekurangan, untuk itu saran dan kritik
tentunya diharapkan penulis sehingga dapat membantu memperbaiki dan
melengkapi kesempurnaan loporan ini agar diperoleh hasil yang lebih baik.
Atas kerjasamanya saya ucapkan terima kasih.
Medan, Mei 2017
Penulis,
(Saputra Jaya)
v
BAB 2 Tinjauan Pustaka 10
2.1. Speed Bump 10
2.2. Pengertian Bahan Komposit 19 2.2.1. Klasifikasi Material Komposisi 22 2.2.2. Teknik Pembuatan Material Komposit 23
2.3. Beton Ringan 24
2.3.1. Adukan Beton 26
2.4. Material Komposit Concrete Foam 27
2.4.1. Semen 27
2.4.2. Pasir 28
2.4.3. Air 29
2.4.4. Blowing Agent 30
2.4.5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) 30 2.4.6. Material yang digunakan 31
2.5. Densitas 33
2.6. Karakteristik Mekanik Material 34 2.7.1. Pengujian dinamik 34 2.7.1.1. pengujian impak jatuh bebas 34
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 38
3.1. Tempat dan Waktu 38
3.1.1. Tempat 38
3.1.2. Waktu 38
3.2. Desain Speed Bump 38
3.2.1. ModelSpeed Bump Full Concrete Foam 45 3.2.1.1. Model Speed Bump penghasil listrik 45 3.3. Peralatan dan Bahan 47
3.3.1. Peralatan 47
3.3.2. Bahan 53
3.4. Parameter Desain 59
3.5. Prosedur Pembuatan Speed Bump 60
3.6. DAQ Impak Test 64
vi
3.6.1. Prosedur Pengujian Impak Jatuh Bebas 64 3.6.2. Prosedur Kalibrasi 66 3.7. Uji lindas Secara Langsung 68 3.8. Diagram Alir Penelitian 71
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 72
4.1. Pendahuluan 72
4.2. PembuatanSpeed Bump 72 4.3. Karekteristik mekanikSpeed Bump 74
4.3.1. Pengujian impak jatuh bebas speed bump concrete foam
74
4.3.2. Grafik pengujian impakspeed bump concrete foam1 meter.
76
4.3.3. Pengujian impak jatuh bebasspeed bump concrete 77 4.3.4. Grafik pengujian impak speed bump concrete 1
meter.
78
4.3.5. Kecepatan impaktor dan gaya yang diberikan impaktor padaSpeed Bump
79
4.4. Uji Lindas 80
4.4.1. Set uppengujian lindas 80 4.4.2. Hasil Uji Lindas Langsung untuk Speed Bump
Concrete Foam
84
4.4.2.1 Spesimen A uji lindas 84 4.4.2.2 Spesimen B uji lindas 85 4.4.2.3 Spesimen C uji lindas 87 4.4.3. Rangkuman Hasil Uji lindas 89 4.5. Perhitungan Gaya dan Tegangan Speed Bump pada saat
dilindas mobil
95
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 97
5.1. Kesimpulan 97
5.2. Saran 98
DAFTAR PUSTAKA 88
LAMPIRAN
viii DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1. Pintu tol jalan bebas hambatan (highway toll gate) 2 Gambar 1.2. Sistem mekanik Speed Bump 6
Gambar 2.1. Speed bump 10
Gambar 2.2. Desain standarSpeed Bump 12 Gambar 2.3. Ilustrasi pembebanan pada Speed Bump 12
Gambar 2.4. Analisa gaya yang diterimaSpeed Bumpsaat pertama melintas.
13
Gambar 2.5. Free bodydiagram gaya yang bekerja padaSpeed Bump. 13
Gambar 2.6. Analisa gaya yang diterimaSpeed Bumpsaat ban melintas
pada titik puncakSpeed Bump.
17
Gambar 2.7. Free body diagram gaya yang bekerja pada saat di atasSpeed
Bump.
17
Gambar 2.8. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit 20 Gambar 2.9. Serat TKKS yang telah dihaluskan 31 Gambar 2.10. Grafik hubungan v–t 35
Gambar 3.1. Sistem mekanik Speed Bump (a) pandangan depan (b) pandangan atas (c) pandangan kanan.
39
Gambar 3.2. Model 3D speed bump (a) pandangan depan (b) pandangan kanan
40
Gambar 3.3. Sketsa sistem mekanik kedua (a) Pandangan Depan (b) Pandangan belakang (c) Pandangan kiri (d) Pandangan kanan (e) Pandangan atas (f) Pandangan bawah
42
Gambar 3.4. Aturan Keputusan Mentri Perhubungan 44
Gambar 3.5. Model Perencanaan Speed Bump Full Concrete (a) model sketsa 2D (b) model sketsa 3D
45
Gambar 3.6. Model Perencanaan Speed Bump penghasil listrik (a) model sketsa 2D (b) model 3D
47
Gambar 3.7. Gunting 47
Gambar 3.8. Ayakan 48
Gambar 3.9. Ember plastik 49
Gambar 3.10. Cetakan 49
Gambar 3.11. Timbangan 49
Gambar 3.12. Sendok semen 50
Gambar 3.13. Gelas ukur 50
Gambar 3.14. Oli 51
Gambar 3.15. Mesin penghalus serat 51 Gambar 3.16. Sarung tangan karet 52 Gambar 3.17. Mesin pengaduk 52
Gambar 3.18. Semen 54
Gambar 3.19. Pasir 55
Gambar 3.20. Bahan pengembang 55
Gambar 3.21. Serat TKKS 56
Gambar 3.22. ResinUnsaturated PolyesterBQTN-157 EX 57 Gambar 3.23. Blowing Agent 59
ix
Gambar 3.24. Katalis 59
Gambar 3.25. Penuangan pasir 62 Gambar 3.26. Penuangan semen 62 Gambar 3.27. Penuangan serat TKKS 62 Gambar 3.28. Penuangan bahan pengembang 63 Gambar 3.29. Alat Pengujian Impak Jatuh Bebas 64 Gambar 3.30. DAQfor Helmet Impact testing Software. 66 Gambar 3.31. KabelLoadcelldengan DAQ Lab-Jack U3-LV 67 Gambar 3.32. Calibration Program 67 Gambar 3.33. Gambar ilustrasi ban sebelum melintasispeed bump 68 Gambar 3.34. Gambar ilustrasi ban sebelum melintasispeed bump 69 Gambar 3.35. gambar ilustrasi pada saat ban menyentuhspeed bump 69 Gambar 3.36. Gambar Ilustrasi Pada Saat Ban MelewatiSpeed Bump 69 Gambar 3.37. Gambar landasan uji lindasspeed bump 70 Gambar 3.38. Gambar Ilustrasi Sistem Mekanik 71 Gambar 3.39. Diagram Alir Penelitian 72 Gambar 4.1. Hasil cetakan spesimen Speed Bump 74 Gambar 4.2. Dimensi spesimen yang dibuat. 74
Gambar 4.3. Pengujian impak jatuh bebasSpeed Bump Concrete foam 1 meter.
75
Gambar 4.4. Hasil pada spesimenSpeed Bumppengujian impak jatuh bebas concrete foam
76
Gambar 4.5. Grafik Concrete Foam 1 Meter 76 Gambar 4.6. Pengujian impak jatuh bebasconcrete1 meter. 77
Gambar 4.7. Hasil pada spesimenSpeed Bump concretepengujian impak jatuh bebas
78
Gambar 4.8. Grafik Concrete Foam 1 Meter 78 Gambar 4.9. Set upsistim mekanik 80 Gambar 4.10. Set uppengujian lindas 81 Gambar 4.11. Spesimen A1Speed Bump 84 Gambar 4.12. Spesimen A2Speed Bump 85 Gambar 4.13. Spesimen B1Speed Bump 86 Gambar 4.14. Spesimen B2Speed Bump 87 Gambar 4.15. Spesimen C1Speed Bump 88 Gambar 4.16. Spesimen C2Speed Bump 89
vii DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit. 30 Tabel 2.2 Berat jenis (ρ)Concrete Foamberdasarkan komposisi 32 Tabel 2.3 Hasil pengujian kuat statik tekan spesimenConcrete Foam 32 Tabel 2.4 Karakteristik mekanikpolyester resintak jenuh. 33 Tabel 2.5 Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh 34 Tabel 3.1 Lokasi dan aktivitas penelitian 38 Tabel 3.2 Spesifikasi mesin penghalus serat 51 Tabel 3.3 Spesifikasi mesin pengaduk semen 53 Tabel 3.4 Karakteristik mekanikpolyester resintak jenuh. 58 Tabel 3.5 Parameter desain 60 Tabel 3.6 Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram 61 Tabel 4.1 Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram 74 Tabel 4.2 Data uji impakspeed bumpconcretefoamketinggian 1 meter 77 Tabel 4.3 Data uji impakspeed bump concrete ketinggian 1 meter 79 Tabel 4.4 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan pertama 90 Tabel 4.5 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan kedua 91 Tabel 4.6 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan ketiga 92 Tabel 4.7 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan keempat 93 Tabel 4.8 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan kelima 94
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
E Modulus elastisitas Mpa
σ Tegangan Mpa
ε Regangan mm/mm
F Beban tekan N
A Luas penampang yang dikenai beban tekan mm2
Δ ℓ perubahan panjang yang terjadi mm
ℓ Panjang awal (mula-mula) mm
