DESAIN DAN PENYELIDIKAN RESPON MEKANIK COVER BUMPER PADUAN BAHAN CONCRETE FOAM DIPERKUAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT AKIBAT BEBAN IMPAK
DENGAN MENGGUNAKAN ANSYS
THESIS OLEH
ALEXANDER SEBAYANG 147015001
Oleh :
MAGISTER TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N
2017
DESAIN DAN PENYELIDIKAN RESPON MEKANIK COVER BUMPER PADUAN BAHAN CONCRETE FOAM DIPERKUAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT AKIBAT BEBAN IMPAK
DENGAN MENGGUNAKAN ANSYS
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Pada Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
ALEXANDER SEBAYANG 147015001/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2017
3
ABSTRAK
Cover bumper dari bahan komposit concrete foam diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) berfungsi sebagai pendukung kebersihan lingkungan kampus, pendukung fasilitas parkir, serta menghindari kecelakaan. Dengan menggunakan cover bumper area parkir Magister Teknik Mesin akan lebih aman dan bersih. Pada penelitian ini cover bumper didesain dan diproduksi untuk memenuhi dua kebutuhan di atas, yaitu: fungsi penutup drainase dan fungsi parking bumper. Cover bumper terdiri dari dua tipe, yaitu tipe 1 dan 2. Kedua ujung cover bumper disiapkan dengan 3 model, yaitu model dengan ujung tipe A, B, dan C. Ujung cover bumper dengan bentuk tipe A dibuat dengan variasi 3 sudut yaitu 30˚, 45˚, dan 60˚, akan dianalisa.
Semua spesimen cover bumper di desain dan di analisa menggunakan software ANSYS. Dari hasil simulasi dinamik diperoleh nilai equivalent stress terkecil adalah pada cover bumper tipe 1A dengan sudut 30˚ sebesar 5,3856 MPa dan pada simulasi statik nilai terkecil berada pada tipe 2A dengan sudut 60˚, yaitu sebesar 3,865 MPa.
Analisa ANSYS dinamik dan statik didukung dengan pengujian lindas di stasiun lindas yang berlokasi di area parkiran Magister Teknik Mesin USU dengan hasil bahwa tipe 1 lebih kuat dari tipe 2, dengan pengujian lindas 2 terjadi keretakan pada tipe 2.
Kata Kunci: Cover bumper, Parking bumper, Concrete foam, Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Sofware ANSYS, Simulasi static, Simulasi Dinamic.
ABSTRACT
Cover bumper from concrete foam material reinforced fiber bunch of empty palm bunches (EFB) serves as a supporter of the cleanliness of the campus environment, support parking facilities, and avoid accidents. By using bumper cover the parking area of Master of Mechanical Engineering will be safer and cleaner. In this study the bumper cover is designed and manufactured to meet the two needs above, namely:
drainage cover function and parking bumper function. Cover bumper consists of two types, namely type 1 and 2. Both ends of bumper cover is prepared with 3 models, namely the model with the tip type A, B, and C. Edge bumper cover with the type A shape made with 3 angle variations of 30˚, 45˚, and 60˚, Will be analyzed using. All bumper cover specimens are designed and analyzed using ANSYS software. From the dynamic simulation results obtained the smallest equivalent stress value is on the bumper cover type 1A with a 30˚ angle of 5.3856 MPa and the static simulation of the smallest value is in type 2A with an angle of 60˚, which is 3.865 MPa. Analysis of dynamic and static ANSYS is supported by parking testing at parking station located in the parking area of Master of Mechanical Engineering USU with the result that type 1 is stronger than type 2, with the type 2 of parking test occurs crack in type 2.
Keywords: Cover bumper, Parking bumper, Concrete foam, Empty Fibers of Palm Oil (TKKS), ANSYS Software, Static Simulation, Dinamic Simulation
5
7
9
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR...i
LEMBAR PERSETUJUAN ...ii
DAFTAR ISI ...iii
DAFTAR GAMBAR...vi
DAFTAR TABEL R... x
DAFTAR NOTASI ...xi
BAB 1 PENDAHULUAN...i
1.1 Latar blakang... 4
1.2 Rumusan Masalah... 4
1.3Tujuan Penelitian... 6
1.3.1 Tujuan Umum ... 7
1.3.2 Tujuan Khusus Batasan Masalah Penelitian ... 7
1.4Batasan Masalah Penelitian7 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 9
2.1 Drainase ... 10
2.2 Standar penutup drainase ... 10
2.3 Fungsi drainase ... 12
2.4 Jenis-jenis dan pola drainase... 12
2.4.1 Menurut cara terbentuknya... 12
2.4.2 Menurut letak saluran... 13
2.4.3 Menurut fungsi... 13
2.5 Bentuk Penampang Saluran ... 14
2.51 Segitiga... 15
2.52 Perseegi... 15
2.53 Segitiga... 15
2.54 Setengah lingkaran... 15
2.6 Sistem Jaringan drainase... 16
2.6.1 Sistem drainase mayor ... 16
2.6.2 Sistem drainase mikro... 17
11
2.8 Parking Bumper ... 18
2.9 Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)... 25
2.10 Bahan Komposit... 28
2.10 Klasifikasi Material Komposi t ... 31
2.11 Prosedur pembuatan cover parking bump paduan bahan concrete foam... 32
2.10 Bahan Komposit... 28
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 50
3.1 Alat dan Bahan... 34
3.2 Desain cover bump... 34
3.3 Desain Penutup drainase ... 35
3.3.1Desain Penutup drainase... 35
3.4 Parameter desain ... 36
3.5 Aspek pemilihan desain cover bump... 36
3.6 Simulasi Statik menggunakan Software ANSYS ... 38
3.7 Bagan Alir Simulasi Statik... 47
3.8 Uji Lindas... 48
3.9 Diagram Alir Penelitian ... 50
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 50
4.1 Pendahuluan ... 52
4.2 Hasil pembuatan cover bumper ... 52
4.3 Simulasi menggunakan ANSYS Workbench... 55
4.3.1 Hasil Simulasi Statik... 58
4.3.1.1 Equivalent stress Parking Bump ... 58
4.3.1.2 Stress Sumbu x Parking Bump ... 61
4.3.1.3 Stress Sumbu y Parking Bump ... 64
4.3.1.4 Total Deformasi Parking Bump ... 67
4.3.1.5 Equivalent Stress Cover Bump Tipe 1 ... 71
4.3.1.6 Stress Sumbu x Cover Bump Tipe 1 ... 74
4.3.1.7 Stress Sumbu y Cover Bump Tipe 1 ... 77
4.3.1.8 Total Deformasi Cover Bump Tipe 1... 80
4.3.1.9 Equivalent Stress Cover Bump Tipe 2 ... 84
4.3.1.10 Stress Sumbu x Cover Bump Tipe 2 ... 87
4.3.1.11 Stress Sumbu y Cover Bump Tipe 2 ... 90
4.3.1.12 Total Deformasi Cover Bump Tipe 2... 93
4.3.2.13 Hasil Simulasi Dinamik ... 97
4.3.2.1 Equivalent stress Parking Bump ... 97
4.3.2.2 Stress Sumbu x Parking Bump... 100
4.3.2.3 Stress Sumbu y Parking Bump... 103
4.3.2.4 Total Deformasi Parking Bump ... 106
4.3.2.5 Equivalent Stress Cover Bump Tipe 1... 110
4.3.2.6 Stress Sumbu x Cover Bump Tipe 1... 113
4.3.2.7 Stress Sumbu y Cover Bump Tipe 1... 116
4.3.2.8 Total Deformasi Cover Bump Tipe 1 ... 119
4.3.2.9 Equivalent Stress Cover Bump Tipe 2... 123
4.3.2.10 Stress Sumbu x Cover Bump Tipe 2... 126
4.3.2.11 Stress Sumbu y Cover Bump Tipe 2... 129
4.3.2.12 Total Deformasi Cover Bump Tipe 2 ... 132
4.4 Data Hasil Simulasi ... 136
4.5 Hasil Uji Lindas ... 182
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 186 5.1 Kesimpulan ... 186
5.1 Saranl ... 187 DAFTAR PUSTAKA
13
15
17
ABSTRAK
Cover bumper dari bahan komposit concrete foam diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) berfungsi sebagai pendukung kebersihan lingkungan kampus, pendukung fasilitas parkir, serta menghindari kecelakaan. Dengan menggunakan cover bumper area parkir Magister Teknik Mesin akan lebih aman dan bersih. Pada penelitian ini cover bumper didesain dan diproduksi untuk memenuhi dua kebutuhan di atas, yaitu: fungsi penutup drainase dan fungsi parking bumper. Cover bumper terdiri dari dua tipe, yaitu tipe 1 dan 2. Kedua ujung cover bumper disiapkan dengan 3 model, yaitu model dengan ujung tipe A, B, dan C. Ujung cover bumper dengan bentuk tipe A dibuat dengan variasi 3 sudut yaitu 30˚, 45˚, dan 60˚, akan dianalisa.
Semua spesimen cover bumper di desain dan di analisa menggunakan software ANSYS. Dari hasil simulasi dinamik diperoleh nilai equivalent stress terkecil adalah pada cover bumper tipe 1A dengan sudut 30˚ sebesar 5,3856 MPa dan pada simulasi statik nilai terkecil berada pada tipe 2A dengan sudut 60˚, yaitu sebesar 3,865 MPa.
Analisa ANSYS dinamik dan statik didukung dengan pengujian lindas di stasiun lindas yang berlokasi di area parkiran Magister Teknik Mesin USU dengan hasil bahwa tipe 1 lebih kuat dari tipe 2, dengan pengujian lindas 2 terjadi keretakan pada tipe 2.
Kata Kunci: Cover bumper, Parking bumper, Concrete foam, Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Sofware ANSYS, Simulasi static, Simulasi Dinamic.
4
ABSTRACT
Cover bumper from concrete foam material reinforced fiber bunch of empty palm bunches (EFB) serves as a supporter of the cleanliness of the campus environment, support parking facilities, and avoid accidents. By using bumper cover the parking area of Master of Mechanical Engineering will be safer and cleaner. In this study the bumper cover is designed and manufactured to meet the two needs above, namely:
drainage cover function and parking bumper function. Cover bumper consists of two types, namely type 1 and 2. Both ends of bumper cover is prepared with 3 models, namely the model with the tip type A, B, and C. Edge bumper cover with the type A shape made with 3 angle variations of 30˚, 45˚, and 60˚, Will be analyzed using. All bumper cover specimens are designed and analyzed using ANSYS software. From the dynamic simulation results obtained the smallest equivalent stress value is on the bumper cover type 1A with a 30˚ angle of 5.3856 MPa and the static simulation of the smallest value is in type 2A with an angle of 60˚, which is 3.865 MPa. Analysis of dynamic and static ANSYS is supported by parking testing at parking station located in the parking area of Master of Mechanical Engineering USU with the result that type 1 is stronger than type 2, with the type 2 of parking test occurs crack in type 2.
Keywords: Cover bumper, Parking bumper, Concrete foam, Empty Fibers of Palm Oil (TKKS), ANSYS Software, Static Simulation, Dinamic Simulation
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), sebagai limbah dari Pabrik Kelapa Sawit (PKS) jumlahnya cukup banyak, yaitu 1,9 juta ton berat kering atau setara 4 juta ton berat basah per tahun [1] dan sudah terkumpul di industri pengolahan minyak sawit.
Pada banyak PKS yang beroperasi di Indonesia, TKKS dikembalikan ke Kebun Kelapa Sawit dan ditebarkan di atas permukaan tanah untuk menghasilkan kompos.
USU telah menjalin kerjasama dengan PTPN3 yang dituangkan dalam Nota Kesepahaman (2012-2017) dalam bidang Pendidikan, pelatihan, penelitian, dan Pengabdian pada Masyarakat [2].
Berdasarkan kerjasama tersebut penulis dalam 2 tahun terakhir telah memanfaatkan TKKS untuk produk teknologi. Beberapa di antaranya telah dimanfaatkan untuk pembuatan kerucut lalu lintas [3,4]. Beberapa hasil penelitian Penprinas MP3EI tahun pertama dan kedua telah dipublikasikan, a.l.: Simulasi Parking bumper, desain dan Pembuatan Helmet Sepeda, desain dan Pembuatan Bola Golf, stake Golf, speed Bump, dan Genteng Ringan [3] [4].
Material yang akan dikembangkan serta produk yang akan dihasilkan akan menjadi keunggulan dari penelitian ini. Pengembangan material diarahkan pada dua material yang telah dijalanani pada penelitian MP3EI yaitu: Polymeric Foam
19
untuk menghasilkan Cover bump dengan dua tipe yaitu tipe 1 dan 2 dengan ukuran 920 × 200 × 150 mm dengan menggunakan bahan Concrete Foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), yang membedakan tipe pertama dan tipe kedua adalah desain dan model penutup drainase sekaligus parking bumper, dalam pengecoran Concrete Foam digunakan tipe B4 pada tabel komposisi Concrete Foam.
Kemudian mendesain 3 dimensi (3D) menggunakan software ANSYS untuk mendapatkan distribusi tegangan dan membandingkan kedua tipe yang mana lebih tangguh. Pada penelitian ini akan dilakukan perbandingan dengan hasil eksperimental yang dilakukan peneliti terlebih dahulu.
Drainase merupakan salah satu tindakan teknis untuk mengurangi kelebihan air, baik yang berasal dari air hujan, rembesan, maupun kelebihan air irigasi pada suatu lahan sehingga lahan tersebut dapat berfungsi secara optimal. Drainase termasuk dalam salah satu komponen penting infrastruktur perkotaan yang menanggulangi masalah banjir dan genangan air [5]. Drainase memiliki banyak fungsi, di antaranya [6]:
1. Mengeringkan daerah genangan air.
2. Mengendalikan akumulasi limpasan air hujan yang berlebihan.
3. Mengendalikan erosi, kerusakan jalan, dan kerusakan infrastruktur.
4. Mengelola kualitas air.
Sebuah komplek kampus merupakan kebutuhan dasar bagi para mahasiswa, para dosen, dan pegawainya. Menyadari akan hal itu, maka sudah sewajarnya
kampus terencana dalam suatu sistem dan pola pengaturan yang tertata dengan baik.
Pola pengaturan yang direncanakan meliputi tata letak baik geografis maupun topografis, kualitas dan kuantitas kampus yang dibutuhkan dan kebutuhan penyediaan sarana dan prasarana fisik dan nonfisik.
Sistem saluran drainase kampus sangat penting untuk menjamin kenyamanan masyarakat, karena tidak sedikit komplek kampus yang mengalami banjir karena sistem saluran drainase yang kurang baik. Drainase kampus merupakan sarana atau prasarana untuk mengalirkan air hujan, dari suatu tempat ke tempat yang lain, misalnya dari daerah kampus ke daerah pembuang seperti saluran utama, sungai, danau, laut, dan lain-lain.
Pada dasarnya sistem drainase dibagi menjadi dua macam yaitu sistem drainase tertutup dan sistem drainase terbuka. Sistem drainase tertutup jarang dipakai dikampus karena dibutuhkan biaya untuk pembuatan resapannya, sedangkan untuk sistem drainase terbuka tidak membutuhkan bak resapan. Pada komplek kampus Universitas Sumatra Utara (USU) menggunakan sistem drainase terbuka, yaitu saluran drainase terdiri dari saluran sekunder yang mengalir ke saluran primPer kemudian diteruskan ke sungai sebagai tempat pembuangan akhir. Setelah adanya normalisasi saluran drainase dan perbaikan infrastruktur jalan pada kampus USU, genangan yang timbul sudah banyak berkurang [7]. Drainase di lingkungan kampus Magister Teknik Mesin USU tidak memiliki penutup dan terbuka sehingga dapat membahayakan parkir mobil. Peneliti membuat Cover bump sebagai objek peneliti
21
dalam penelitian pengembangan concrete foam beton ringan. Saluran drainase dapat dilihat pada Gambar 1.1 di bawah ini.
Gambar 1.1 Drainase di Magister Teknik Mesin USU
Spesimen Concrete Foam dibuat dari pencampuran semen, pasir, air, Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dan serat alam yang berasal dari limbah TKKS yang sangat mudah diperoleh dengan proses perlakuan yang sederhana. Untuk mendapatkan struktur komposit yang ringan dan kuat, campuran tersebut dicampur dengan Foaming Agent untuk menghasilkan Foam dan serat TKKS sehingga berat struktur tersebut menjadi lebih kuat dan ringan.
1.2. Rumusan Masalah
Concrete 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 adonanbeton dan selanjutnya ke dalam cetakan.
Aplikasi pengembangan Concrete foam dari penelitian sebelumnya dikembangkan lebih lanjut dengan metode yang sama untuk produk dan geometri yang berbeda, di manapenggunaanya diperuntukkan khusus untuk parking bumper dan sebagai alat penutup drainase diberi nama Cover bump.
Pada penelitian ini diperuntukkan untuk parking bump dengan tiga tipe yaitu Tipe A, B dan C. Khusus untuk tipe A divariasikan ke dalam 3 bentuk berdasarkan sudut kemiringan Parking bumper sebesar 30o, 45odan 60o. Sedangkan untuk Cover bump dibuat dua tipe yaitu tipe 1 dan 2.
Pengembangan bahan campuran untuk membuat beton ringan sudah banyak dilakukan seperti yang disebutkan sebelumnya. Pada tulisan ini, peneliti ingin membuat struktur beton ringan. 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.
Berat jenis concrete foam berkisar antara 600-1600 kg/m3. 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.
23
Untuk mengetahui kekuatan dan perilaku mekanik dari beton ringan tersebut, dilakukan pengujian lebih lanjut. Adapun metode pengujian yang akan dilakukan adalah simulasi ANSYS statik dan dinamik serta validasi data dinamik dilakukan dengan uji impak jatuh bebas.
1.3 Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan umum
Tujuan umum pada penelitian ini adalah untuk mendesain dan menganalisa respon mekanik struktur Cover bump paduan bahan Concrete Foam diperkuat serat TKKS dengan analisa simulasi ANSYS dan membandingkan simulasi parking bumper dari tipe A, B dan tipe C [8].
1.3.2 Tujuan khusus
Adapun tujuan khusus penelitian ini adalah:
1. Melakukan desain dan membuat model 3D Cover bump paduan bahan Concrete Foam diperkuat serat TKKS dengan menggunakan ANSYS.
2. Mendapatkan respon mekanik dan pola kerusakan produk akibat beban impak (sebagai fungsi parking bumper), distribusi tegangan dinamik simulasi menggunakan ANSYS.
3. Membandingkan hasil distribusi tegangan yang diperoleh uji eksperimental jatuh bebas yang dilakukan peneliti sebelumnya dengan hasil simulasi ANSYS.
4. Mendapatkan nilai kekuatan atau ketangguhan Cover bump bahan Concrete Foam diperkuat serat TKKS tipe 1 dan tipe 2 dengan simulasi menggunakan ANSYS.
1.4 Batasan Masalah Penelitian
Adapun batasan masalah penelitian sebagai berikut:
1. Melakukan desain dan menggambar 3D Cover bump paduan bahan Concrete Foam diperkuat serat TKKS dengan dua tipe menggunakan ANSYS.
2. Ukuran spesimen cover bump paduan bahan concrete Foam diperkuat serat TKKS yang dibuat 920 × 200 × 150 mm. Sesuai dengan aplikasinya pada saluran drainase di lahan parkir gedung Pasca Sarjana Magister Teknik Mesin Universitas Sumatra Utara.
3. Simulasi numerik menggunakan software ANSYS untuk mengetahui dan membandingkan mana yang lebih baik dan tangguh di antara 2 tipe terhadap distribusi tegangan pada cover bump paduan bahan concrete foam diperkuat serat TKKS.
Sejalan dengan pemberlakuan otonomi daerah sejak tahun 2000 menurut Undang-Undang No. 22 Tahun 1999, maka masing-masing daerah otonomi yakni propinsi dan kabupaten/Kota telah memiliki kewenangan penuh dalam penanganan prasarana perkotaan didaerahnya masing-masing prasarana perkotaan meliputi perumahan (houses), Jalan kota (Urban roads), Drainase (Drainage) Air minum
25
(water supply), air limbah (waste water), persampahan (solid waste) dan pasar (market).
Menurut SKSNI T-07-1990-F, drainase perkotaan adalah drainase di wilayah kota yang berfungsi pengendalian kelebihan air permukaan, sehingga tidak mengganggu masyarakat dan dapat memberikan manfaat bagi kegiatan kehidupan masyarakat dengan tujuan prasarana drainase kota untuk:
1. Menjamin kesehatan dan kesejahtraan masyarakat
2. Melindungi alam dan lingkungan seperti tanah udara dan kualitas air
3. Menghindari bahaya, kerusakan materil, kerugian dan beban-beban lain yang disebabkan oleh genangan air.
4. Memperbaiki kualitas lingkungan [9].
Aturan lebih terperinci dan tata cara, konsep dan aturan teknis terkait semua tersusun dalam Peraturan Menteri Pekerjaan Umum Republik Indonesia Nomor 12 /PRT/M/2014
2.1 Drainase
Drainase secara umum didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari usaha untuk mengalirkan air yang berlebihan dalam suatu konteks pemanfaatan tertentu. Saluran drainase Universitas Sumatra Utara terlihat pada Gambar 2.1 di bawah ini.
Gambar 2.1 Drainase tanpa penutup
Drainase perkotaan adalah ilmu yang diterapkan khusus pada pengkajian kawasan perkotaan yang erat kaitannya dengan kondisi lingkungan sosial yang ada di kawasan kota. Drainase perkotaan merupakan sistem pengaliran air dari wilayah perkotaan yang meliputi:
27
1. Pemukiman.
2. Kawasan industri.
3. Kampus dan sekolah.
4. Rumah sakit & fasilitas umum.
5. Lapangan olahraga.
6. Lapangan parkir.
7. Pelabuhan udara.
Kriteria desain drainase perkotaan memiliki kekhususan, sebab untuk perkotaan ada tambahan variabel desain seperti:
1. Keterkaitan dengan tata guna lahan.
2. Keterkaitan dengan masterplan drainase kota.
3. Keterkaitan dengan masalah sosial budaya.
2.2 Standar Penutup Drainase
Tipe saluran saluran drainase ini banyak digunakan untuk saluran terbuka di atas permukaan tanah, seperti saluran drainase jalan raya, saluran drainase lingkungan perkotaan, perumahan, kampus, kawasan industri dan lain sebagainya contoh drainase pada umumnya terlihat seperti Gambar 2.2 di bawah ini [10]
.
Saluran ini dilengkapi dengan tutup/cover yang dirancang hanya untuk dilewati orang (light duty) standart cover tersebut terlihat pada tabel 2.1 di bawah:
Tabel 2.1 Standar Cover Drainase
Cover light duty
Dimension
Estimate weight With
(w) Thick (t)
mm mm mm
1 U300 390 75 600
45
2 U400 500 90 600 69
3 U500 640 90 600 88
4 U600 740 100 600 106
5 U800 940 100 600 135
6 U1000 1180 120 600 203
7 U1200 1390 120 600 229
8 U1400 1620 150 600 348
9 U1600 1840 180 600 497
Spesifikasi material untuk Cover drainase mempunyai standart yang sudah ditetapkan yaitu seperti pada tabel 2.2 berikut. [11]
Tabel 2.2 Spesifikasi material untuk Cover drainase
Specification:
Production Method Wet cast with hight frequency vibration Concrete Quality Min K-350
Reinforcement U-50 Hard Drawn Deformed Wire Yield Strength ± 4500 Kg/cm Tensile Strength ± 5000 Kg/cm
29
2.3 Fungsi Drainase
1. Mengeringkan bagian wilayah kota yang permukaan lahannya rendah dari genangan sehingga tidak menimbulkan dampak negatif berupa kerusakan infrastruktur kota dan harta benda milik masyarakat.
2. Mengalirkan kelebihan air permukaan ke aliran sungai terdekat secepatnya agar tidak membanjiri atau menggenangi kota yang dapat merusak selain harta benda masyarakat juga infrastruktur perkotaan. Mengendalikan sebagian air permukaan akibat hujan yang dapat dimanfaatkan untuk persediaan air dan kehidupan akuatik.
3. Meresapkan air permukaan untuk menjaga kelestarian air tanah.
4. Adanya lokasi parkir yang pada umumnya terletak dekat dengan drainase, di samping ini karena mobil tidak diparkirkan di atas drainase tersebut maka penutup drainase ini juga berfungsi sebagai parking bumper.
2.4 Jenis dan Pola Drainase 2.4.1. Menurut cara terbentuknya
1. Drainase alamiah
Terbentuk secara alami, tidak ada unsur campur tangan manusia serta tidak terdapat bangunan-bangunan pelimpah, pasangan batu atau beton, gorong- gorong dan lain-lain.
2. Drainase buatan
Dibentuk berdasarkan analisis ilmu drainase, untuk menentukan debit akibat hujan, kecepatan resapan air dalam tanah dan dimensi saluran serta memerlukan bangunan-bangunan khusus seperti selokan pasangan batu atau beton, gorong-gorong, pipa-pipa dan sebagainya.
2.4.2. Menurut letak saluran 1. Drainase muka tanah
Saluran drainase yang berada di atas permukaan tanah yang berfungsi mengalirkan air limpasan permukaan.
2. Drainase bawah tanah
Saluran drainase yang bertujuan mengalirkan air limpasan permukaan melalui media di bawah permukaan tanah (pipa-pipa), dikarenakan alasan-alasan tertentu. Alasan itu antara lain tuntutan artistik, tuntutan fungsi permukaan tanah yang tidak membolehkan adanya saluran di permukaan tanah seperti lapangan sepak bola, lapangan terbang, taman dan lain-lain.
2.4.3. Menurut fungsi 1. Single Purpose
Saluran berfungsi mengalirkan satu jenis air buangan saja, misalnya air hujan atau jenis air buangan lain seperti air limbah domestik, air limbah industri dan lain-lain.
31
2. Multi purpose
Saluran berfungsi mengalirkan beberapa jenis buangan, baik secara bercampur maupun bergantian.
2.4.4. Menurut konstruksi 1. Saluran terbuka
Saluran untuk air hujan yang terletak di area yang cukup luas. Juga untuk saluran air non hujan yang tidak mengganggu kesehatan lingkungan.
2. Saluran tertutup
Saluran air untuk air kotor yang mengganggu kesehatan lingkungan. Juga untuk saluran dalam kota.
2.5 Bentuk Penampang Saluran
Bentuk-bentuk saluran untuk drainase tidak jauh berbeda dengan saluran irigasi pada umumnya. Dalam perancangan dimensi saluran harus diusahakan dapat membentuk dimensi yang ekonomis, sebaliknya dimensi yang terlalu kecil akan menimbulkan permasalahan karena daya tampung yang tidak memadai. Adapun bentuk-bentuk saluran antara lain:
2.5.1. Trapesium
Pada umumnya saluran ini terbuat dari tanah akan tetapi tidak menutup kemungkinan dibuat dari pasangan batu dan beton. Saluran ini memerlukan cukup ruang. Berfungsi untuk menampung dan menyalurkan limpasan air hujan
serta air buangan domestik dengan debit yang besar, seperti terlihat pada Gambar 2.3 di bawah ini.
Gambar 2.3 Penampang trapesium 2.5.2. Persegi
Saluran ini terbuat dari pasangan batu dan beton. Bentuk saluran ini tidak memerlukan banyak ruang dan areal. Berfungsi untuk menampung dan menyalurkan limpasan air hujan serta air buangan domestik dengan debit yang besar seperti terlihat pada Gambar 2.4 di bawah ini.
Gambar 2.4 Penampang persegi 2.5.3 Segitiga
Saluran ini sangat jarang digunakan tetapi mungkin digunakan dalam kondisi tertentu, seperti terlihat pada Gambar 2.5 di bawah ini.
Gambar 2.5 Penampang segitiga
33
2.5.4 Setengah lingkaran
Saluran ini terbuat dari pasangan batu atau dari beton dengan cetakan yang telah tersedia. Berfungsi untuk menampung dan menyalurkan limpasan air hujan serta air buangan domestik dengan debit yang besar, seperti terlihat pada Gambar 2.6 di bawah ini.
Gambar 2.6 Penampang setengah lingkaran
2.6 Sistem Jaringan Drainase
2.6.1 Sistem drainase mayor
Sistem drainase mayor yaitu sistem saluran yang menampung dan mengalirkan air dari suatu daerah tangkapan air hujan (catchment area). Pada umumnya sistem drainase mayor ini disebut juga sebagai sistem saluran pembuangan utama (major system) atau drainase primer. Sistem jaringan ini menampung aliran yang berskala besar dan luas seperti saluran drainase primer, kanal-kanal dan sungai-sungai.
Perencanaan drainase mayor ini umumnya dipakai dengan periode ulang antara 5-10 tahun dan pengukuran topografi yang detail diperlukan dalam perencanaan sistem drainase ini.
2.6.2 Sistem drainase mikro
Sistem drainase mikro yaitu sistem saluran dan bangunan pelengkap drainase yang menampung dan mengalirkan air dari daerah tangkapan air hujan (Catchment Area). Secara keseluruhan yang termasuk dalam sistem drainase mikro adalah saluran di sepanjang sisi jalan, saluran atau selokan air hujan di sekitar bangunan, gorong-gorong, saluran drainase kota dan lain sebagainya dimana debit yang dapat ditampungnya tidak terlalu besar [12].
2.7 Dampak Penutup Drainase Yang Tidak Standar
Penutup drainase pada sebagian besar perkantoran saat ini kurang dimanfaatkan secara luas, hanya dipakai untuk menutup drainase agar tidak masuk sampah.
Penutup drainase yang komersil atau sering dipakai juga berbahan dari besi atau beton, dan bersifat kaku. Pada sebagian besar drainase di perkotaan, perumahan, jalan, dan lainnya. Penggunaan penutup drainase masih banyak terjadi kecelakaan.
Antara lain ada hewan yang masuk ke saluran drainase, ada kecelakaan lalu lintas, banyaknya sampah yang dapat mengakibatkan penyumbatan aliran air drainase, dan lainnya seperti terlihat pada Gambar 2.7 di bawah ini.
35
(a) (b) (c)
Gambar 2.7 Penutup drainase (a) kondisi penutup drainase yang tidak standar, (b) Lahan parkiran mobil di pasar induk, dan (c) Tumpukan sampah di drainase
Oleh sebab itu, penutup drainase sangat diperlukan untuk mengantisipasi hal- hal seperti di atas. Penutup drainase yang baik adalah yang mampu menjaga drainase agar tidak masuk kontaminan pengganggu ataupun sejenisnya yang dapat mengakibatkan tersumbatnya aliran drainase tersebut. Cover bump paduan bahan Concrete Foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit dirancang untuk dipakai secara luas yaitu untuk menutup drainase dan juga sebagai parking bumber dimana pada saat parkir akan lebih rapi dan wilayah parkir menjadi lebih aman.
2.8 Parking bumper
Parking bumper adalah sebuah alat yang digunakan sebagai penahan roda kenderaan pada saat parkir. Parking bumper sering dijumpai pada lokasi perparkiran gedung perkantoran, pusat perbelanjaan atau supermarket dan lain-lain. Parking bumper ini berfungsi untuk menciptakan keteraturan perparkiran pada area parkir kenderaan roda empat dan juga sebagai penuntun serta pengaman kenderaan pada saat parkir, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.8 di bawah ini [13].
Gambar 2.8 Parking bumper
Parking bumper telah dikenal oleh masyarakat Internasional sejak tahun 1962 pada saat itu bahan yang digunakan adalah karet (rubber), dengan desain seperempat lingkaran (seperempat bola) dengan sudut 90º, setelah itu dimodifikasi kembali pada tahun 2009. Parking bumper ini berbentuk poligon (trapesium). Sementara di lapangan sering dijumpai parking bumper berbentuk balok terbuat dari bahan komposit beton dengan ukuran yang tidak memiliki standar khusus. Parking bumper didesain dengan memperhatikan kekuatan mekaniknya. Hal ini bertujuan untuk dapat memperkirakan kemampuan parking bumper dalam menahan beban, baik tekan maupun beban kejut atau impak yang terjadi tiba-tiba. Karena parking bumper ini digunakan untuk menahan roda kenderaan. Desain ini mengasumsikan berat kotor sebuah mobil berkisar 1600 kg. Pada proses pemakaian parking bumper tersebut akan bersentuhan langsung dengan roda mobil (tergantung posisi parkir) pada posisi roda depan atau belakang. Sementara satu roda mobil akan menyentuh satu parking bumper. Maka jika asumsi berat keseluruhan mobil dibagi dengan empat bagian pada mobil tersebut yaitu letak pembebanan pada roda mobil maka akan diperoleh beban sebesar 400 kg. Ilustrasi seperti diperlihatkan pada Gambar 2.9 dan 2.10 berikut ini.
37
Gambar 2.9 Ilustrasi pembebanan pada Cover bump tipe 1
Gambar 2.10 Ilustrasi pembebanan pada Cover bump tipe 2
Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut adalah berat bobot mobil, dan F adalah gaya tekan yang terjadi pada parking bumper.
Analisa gaya yang terjadi pada parking bumper dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.11 dan 2.12 di bawah ini [14].
Gambar 2.11 Analisa gaya yang diterima Cover bum tipe 1
Gambar 2.12 Analisa gaya yang diterima cover parking bum tipe 2
Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada Cover bump di atas terlihat pada Gambar 2.13 di bawah ini.
Gambar 2.13 Free Body Diagram Analisa gaya yang diterima cover bump Analisa gaya yang bekerja pada Cover bumpdiasumsikan dalam kondisi statis dengan V= 0 Km/jam dan t = 0 detik. Perhitungan di atas dapat ditulis pada persamaan 2.1 di bawah ini :
39
∑ Fy = 0
F Sin α + W Cos α – N = 0 ……….2.1
W Cos α – N = 0
N = W × Cos α N = m × g Cos α
Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Cover bump dengan luas area kontak ban mobil 2000 mm dapat dihitung dengan persamaan 2.2 di bawah ini:
σ =
.……….2.2Dimana F = Gaya [N]
A= Luas permukaan [mm²]
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak diketahui antara ban mobil dengan Cover bump adalah 2000 mm2maka diperoleh gaya tekan untuk statik sebagai berikut,
σ =
Analisa gaya yang bekerja pada Cover bump diasumsikan dalam kondisi dinamik dengan kecepatan V = 5 km/jam, waktu t = 4 detik dan koefisien gesek µs= 0,8 . Perhitungan gaya di atas dapat ditulis pada persamaan 2.3 di bawah ini :
∑ Fx = m × a
F.Cos α – w Sin α –Fs =0 ……….2.3
m × a × Cos 45˚ - m × g × Sin 45˚ - µs× N = 0
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak diketahui antara ban mobil dengan Cover bump adalah 2000 mm2maka diperoleh gaya tekan untuk dinamik sebagai berikut,
diperoleh gaya tekan untuk dinamik sebagai berikut,
σ =
Dimana:
F = Gaya tekan (N) . W = Berat benda (N).
m = Massa (Kg) .
g = Percepatan gravitasi (m/s2).
v = Kecepatan (m/s) .
= Sudut kemiringan (⁰).
fs = Gaya gesek (N).
μk= Koefisien gesek.
41
Penggunaan parking bumper bertujuan untuk menghindari terjadinya kecelakaan dalam hal ini mobil terprosok kedalam parit, menciptakan keteraturan lokasi parkir, sehingga pemilik kenderaan merasa nyaman ketika meninggalkan kenderaan tersebut diperparkiran, sebuah kenderaan dalam posisi parkir seperti terlihat pada Gambar 2.14 di bawah ini.
Gambar 2.14 Susunan parking bumper diparkiran.
Bentuk dasar dari parking bumper pada penelitian sebelumnya adalah trapesium padat. Bentuk desain dasar yang dikembangkan dapat dilihat pada Gambar 2.15 berikut ini.
Gambar 2.15 Desain parking bumper
Ukuran parking bumper adalah panjang 250 mm, lebar 200 mm, dan tinggi 130 mm. Selain itu pada bagian miring parking bumper yang langsung dikenai roda
kendaraan, dibuat melengkung seperti radius roda yang akan menempel. Hal ini bertujuan agar saat parkir roda kendaraan benar-benar tertahan oleh parking bumper.
Dasar dari perubahan yang dilakukan adalah untuk mendapatkan parking bumper sekaligus sebagai penutup drainase yang memiliki fungsi ganda. Tujuan modifikasi adalah untuk mendapatkan bentuk yang lebih bagus dan yang memiliki kekuatan lebih kuat [15].
2.9 Tandan Kosong Kelapa Sawit
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 di lahan perkebunan dengan cara dibakar atau dibuang kembali ke lahan tersebut dan dibiarkan mengalami proses fermentasi secara alami.
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 di bidang teknologi di antaranya ialah pembuatan papan partikel, parking bumper, kerucut lalu lintas, helmet sepeda, dan bahan baku kertas sehingga masih terbuka kemungkinan serat TKKS ini diolah ke
43
bentuk struktur lainnya yang mempunyai nilai ekonomi tinggi. Salah satu bentuk strukturnya adalah struktur beton.
Agregat penguat (reinforcing filler) digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat mekanikal Concrete Foam seperti yang telah dijelaskan di atas. 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 memiliki sifat kekuatan tarik yang baik terutama setelah dilakukan perlakuan (treatment) khusus yaitu merendam serat tersebut ke dalam 1% cairan NaOH yang berfungsi untuk menghilangkan beberapa kandungan seperti lignin, minyak, protein, dan lain-lain yang dapat menyebabkan pembusukan pada serat.
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.
TKKS merupakan unsur dominan. Oleh karena itu potensi serat dalam TKKS sangat tinggi dan dapat dimanfaatkan sebagai penguat dalam Concrete Foam.
Kelemahan dari serat TKKS adalah tidak bisa langsung digunakan karena mengandung lignin dan uap air yang tinggi sehingga perlu perlakuan khusus untuk mendapatkan serat yang baik.
0,475 mm, dengan kekuatan rata-rata 246,2 MPa. Sementara pada diameter yang lebih besar dari 0,475 mm sampai 0,575 mm, memiliki kekuatan rata-rata 144,0 MPa. Untuk diameter dari 0,575 mm sampai 0,72 mm, memiliki kekuatan rata-rata 92,5 MPa. Hal ini menjelaskan bahwa serat yang berdiameter kecil lebih kuat dari yang berdiameter besar. Dengan demikian penggunaan serat TKKS akan memberikan sifat mekanik yang cukup baik terhadap material komposit yang dibentuk.
Dalam dunia konstruksi, beton ringan dibentuk dengan cara pencampuran pasta semen dan foam, menggunakan metoda fisika. Alternatif lain beton ringan dapat dibentuk dengan cara penambahan serat sebagai penguat ke dalam campuran pasta semen dan foam.
Ukuran panjang serat TKKS yang dipakai dapat berkisar antara 1 mm sampai 10 mm. Dengan cara ini diperoleh beton ringan berongga yang relatif lebih besar kekuatannya dan ringan.
Sebagaimana dijelaskan di atas, bahwa penggunaan serat penguat baik serat alam maupun sintetis dalam campuran pasta semen dan foam untuk membentuk beton ringan berongga (Concrete Foam) belum dilakukan. Karenanya, penelitian ini diarahkan untuk pengembangan material Concrete Foam yang memiliki densitas rendah tetapi mampu menahan beban statik dan impak yang baik.
45
2.10 Beton Ringan
Di dalam bidang ilmu teknologi beton dikenal adanya istilah beton ringan (light weight concrete). Pembuatan beton ringan dengan pemakaian agregat ringan dimulai sejak munculnya agregat 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 agregat 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 agregat, atau pembuatan rongga udara dalam beton, di antaranya 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 atau kerikil. Beton ini memakai agregat ringan yang mempunyai berat jenis yang rendah (berkisar 1400 kg/m3-2000 kg/m3) akibat agregat kasar yang bersifat porous. Agregat yang dipakai berasal dari alam, proses pembakaran, hasil produksi industri serta bahan-bahan organik lainnya. Berdasarkan agregat beton ringan ini dapat di
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 diklasifikasikan menjadi tiga yaitu:
a. Beton insulasi (insulating concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 300 Kg/m3-800 kg/m3 dan 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/m3-1440 kg/m3, yang biasanya dipakai sebagai beton struktur ringan
47
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 ini biasanya memiliki kekuatan tekan berkisar 5-17 MPa.
c. Beton struktural (structural concrete)
Beton ringan dengan berat (density) antara 1440 Kg/m3-1850 Kg/m3 yang 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 tanpa pasir, sehingga mempunyai sejumlah besar pori-pori. Dengan berat isi berkisar 880-1200 Kg/m3. 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 busa atau gas). Dengan demikian akan terjadi pori-pori udara berukuran 0,1-1 mm dalam betonnya, dikenal sebagai beton teraerasi, beton berongga, beton busa atau beton gas. Memiliki berat isi 200-1440 Kg/m3. 2.10.1 Material Penyusun Concrete Foam
Spesimen Concrete Foam dibuat dari pencampuran semen, pasir, air dan serat alam yang berasal dari limbah TKKS yang sangat mudah diperoleh dengan proses perlakuan yang sederhana. Untuk mendapatkan struktur komposit yang ringan dan kuat, campuran tersebut dicampur dengan Foaming Agent untuk menghasilkan foam dan serat TKKS sehingga berat struktur tersebut menjadi lebih kuat dan ringan.
Komposisi material-material penyusun Concrete Foam seperti pada tabel 2.3 di bawah ini.
Tabel 2.3. Komposisi Concrete Foam
Tipe Semen
(gr) Pasir (gr) Air (gr) Foaming Agent
(gr) TKKS
1 1 0.5 1 60 % Gr
A1 2,267 2,267 1,133 8 492 1 45
A2 2,267 2,267 1,133 8 492 2 91
A3 2,267 2,267 1,133 8 492 3 136
A4 2,267 2,267 1,133 8 492 4 181
A5 2,267 2,267 1,133 8 492 5 227
1 1.5 0.5 1 60 %
B1 2,267 3,400 1,133 8 492 1 57
B2 2,267 3,400 1,133 8 492 2 113
49
B3 2,267 3,400 1,133 8 492 3 170
B4 2,267 3,400 1,133 8 492 4 227
B5 2,267 3,400 1,133 8 492 5 283
1 2 0.5 1 60 %
C1 2,267 4,533 1,133 8 492 1 68
C2 2,267 4,533 1,133 8 492 2 136
C3 2,267 4,533 1,133 8 492 3 204
C4 2,267 4,533 1,133 8 492 4 272
C5 2,267 4,533 1,133 8 492 5 340
2.11 Prosedur Pembuatan Cover bump Paduan Bahan Concrete Foam
Metode yang digunakan untuk pembuatan Cover bump paduan bahan Concrete Foam baik untuk penutup drainase sekaligus parking bumper komersial, seperti terlihat pada Gambar 2.16 di bawah ini.
(a) (b)
Gambar 2.16 (a) Penutup drainase tipe 1, dan (b) Penutup drainase tipe 2.
Bahan yang dipakai untuk Cover bump adalah Concrete Foam. Di mana secara terperinci prosedur pembuatan spesimen setelah proses perlakuan serat dilakukan dengan langkah-langkah seperti pada Gambar 2.17 di bawah ini.
Gambar 2.17 Proses pembuatan Cover bump.
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Personal Computer, Sofware ANSYS dan perangkat lunak lainnya. Bahan yang digunakan adalah data Concrete Foam.
3.2 Desain Cover bump
Desain model Cover bump dengan bahan paduan Concrete Foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dibuat dengan dua tipe yaitu tipe 1 dan tipe 2, pada penelitian ini desain penutup drainase sekaligus berfungsi sebagai parking bumper, dan fungsi penutup drainase tidak untuk dilalui kendaraan, hanya sebagai parking bumper, pembuatan desain Cover bump merujuk kepada peneliti sebelumnya yaitu Redesain Parking Bamper [17]. Untuk tipe kedua alasan dengan desain seperempat lingkaran (seperempat bola) dengan sudut 38o agar pengendara saat memarkirkan kendaraannya tidak melewati atau melintasi penutup drainase dikarenkan material beton ringan tidak kuat menahan beban kendaraan. Desain model penutup drainase seperti pada Gambar 3.1 di bawah ini.
(a) (b) Gambar 3.1 Cover bump (a) tipe 1, (b) tipe 2.
3.3 Desain Penutup Drainase
Pada penelitian ini dilakukan dengan membuat dua permodelan penutup drainase dengan menggunakan Software ANSYS. Desain penutup drainase dibuat sederhana, struktur penutup drainase yang dijadikan objek penelitian memiliki dimensi panjang 920 mm, lebar 200 mm, dan tinggi 150 mm.
3.3.1 Model penutup drainase
Desain penutup drainase dapat dilihat pada Gambar 3.2 sebagai berikut.
(a) (b)
Gambar 3.2 Cover bump (a) tipe 1, dan (b) tipe 2.
53
3.4 Parameter Desain
Pada penelitian ini yang mempengaruhi parameter desain untuk Cover bump, secara simulasi parameter yang terlibat dapat dilihat pada tabel 3.1 di bawah ini.
Tabel 3.1 Parameter desain
Parameter yang masuk untuk mengkaji penelitian ini adalah Massa (M) [Kg], kecepatan (v) [m/s], Percepatan grafitasi (g) [m/s2], Gaya (F) [N], Waktu (t) [s], Tegangan (σ) [N/m2], Modulus Elastisitas (E) [N/m2]. Normal Stress [MPa], Total deformasi[mm], Equivalent (Von Misses) Stress [MPa].
3.5Aspek Pemilihan Desain Cover bump
Cover bump dibuat dengan mempertimbangkan tujuan penelitian yaitu untuk mendapatkan desain yang sesuai untuk drainase cover dan parking bumper dengan model parking bumper model A, B, dan C. Berdasarkan kajian pada tabel 3.2 Model Cover bump terdapat 3 model dari peneliti sebelumnya sehingga dari ketiga model tersebut, kajian ini akan mencari performa yang sesuai untuk dikembangkan pada
Variabel Subjek
Variabel Indikator Deskriptor Instrumen 1. Dimensi
2. Desain /Tipe 3. Komposisi
Concrete Foam (Beton Ringan ) tipe
1. Gaya (N)
1. Retak 2. Pecah 3. Tidak retak
1. Deformasi Maximum simulasi Ansys 2. Tegangan
Maximum Simulasi ANSYS
1. Sofware ANSYS
penelitian ini. Untuk itu perlu ditetapkan kriteria yang sesuai dengan kriteria desain sesuai metode screening dimana – (buruk), 0 (sama dengan), + (baik).
Kriteria yang diusulkan adalah sebagai berikut.
1. Equivalent stress 2. Total deformasi 3. Desain produk
Untuk mendapatkan kriteria tersebut maka dilakukan proses screening terhadap konsep yang dibuat pada tabel 3.2 sebagai berikut.
55
Tabel 3.2 Screening Kriteria Model
Kriteria Model
Model A Model B Model C
Equivalent
stress + 0 -
Equivalent
elastic strain + 0 -
Total
deformasi + 0 -
Desain
produk - + -
Total + 3 1 0
Total 0 1 0 3
Total - 0 3 0
Skor 3 1 0
Peringkat 1 2 3
Keputusan Dipilih Tolak Tolak
3.6 Simulasi Statik menggunakan Software ANSYS
Langkah simulasi statik dengan menggunakan program ANSYS Workbench dapat dilakukan dalam 3 golongan proses pengerjaan yaitu, Preprocessing, Solution, Post Processing. Untuk penjelasan langkah demi langkah lebih lanjut akan diuraikan sebagai berikut:
1. ANSYS Workbench
Aktifkan menu ANSYS Workbench dengan klik icon ANSYS Workbench pada program ANSYS. Select Statik Structural (ANSYS) dari toolbox, dan double klik
judul sesuai dengan apa yang akan disimulasikan. Dalam simulasi ini diberi nama simulasi penutup drainase sekaligus sebagai parking bamper dengan uji statik.
2. Engineering Data
Engineering data material dapat diedit sesuai dengan masukan data yang kita inginkan dengan double klik pada engineering data atau dengan klik kanan pada bagian engineering data dan select edit. Dalam mengisi spesifikasi engineering data material double klik pada “click here to add a new material” dan tulis nama material barunya. Pada toolbox sebelah kiri, double klik pada Physical Properties, kemudian double klik pada density lalu isikan nilai density materialnya. Selanjutnya pada toolbox sebelah kiri, double klik pada Linear Elastik, dan double klik pada Isotropic Elasticity dan isikan nilai modulus elastisitas dan poisson rationya. Pilih material kedua yang diinginkan, pada penelitian ini redesain menggunakan satu jenis material yaitu Concrete Foam. Setelah semua data diisi lalu beri tanda “√” dengan klik pada kolom E lalu Save. Setelah itu klikIcon “Return to Project” pada main menu.
3. ANSYS Design Modeler
Pada penelitian ini Gambar objek 3D telah dibuat pada software ANSYS, dan disimulasikan.
4. ANSYS Mechanical
Masuk ke ANSYS mechanical dengan cara double klik pada “model” pada project schematic. Untuk memilih data material, pilih selecting data dari “outline” three view, pilih created solid dan pilih material yang diinginkan dari “Detail of solid”
window. Selanjutnya menentukan spesifikasi ukuran elemen dengan cara pilih Mesh
57
dari “outline” tree view, lalu klik kanan pada Mesh dan pilih Generate Mesh. Besar ukuran mesh akan diukur secara otomatis. Dan jika ukuran Mesh ingin dirubah pada bagian-bagian tertentu, dapat dilakukan dengan bantuan Refinement yang terdapat pada Mesh Control icon pada tool bar. Selanjutnya adalah Generate Mesh dengan cara klik Generate Mesh pada toolbar. Model yang telah di Mesh dapat dilihat Gambar 3.3 di bawah ini.
(a) (b)
Gambar 3.3 Mesh (a) Cover bump tipe 1, (b) Cover bump tipe 2.
Langkah selanjutnya adalah penentuan kondisi batas atau “Boundary Conditon”. Hal ini dapat dilakukan dengan klik kanan Statik Structural pada
“outline” tree view pilih insert, klik fixed support dan klik pada bidang sisi bawah
spesimen project seperti pada gambar.
5. Fixed support pada penutup drainase
Fixed support penutup drainase pada simulasi ANSYS dapat dilihat pada Gambar 3.4 dan 3.5 di bawah ini.
Gambar 3.4 Fixed support Cover bump tipe 1
Gambar 3.5 Fixed support Cover bump tipe 2
Langkah selanjutnya adalah pemberian gaya pada spesimen project dengan klik kanan Statik Structural pada“outline” tree view, pilih insert dan klik Force dan klik pada bidang sisi miring spesimen project seperti pada gambar 3.5 dan masukkan nilai gaya yang diinginkan pada magnitude “details of force”.
Dalam perancangan Cover bump dengan bahan paduan Concrete Foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit, ban mobil yang parkir tidak naik ke bagian atas penutup drainase tersebut atau fungsinya hanya sebagai parking bumper.
Dari penelitian Zulfadli, ST [9] yang melakukan riset tentang parking bumper dan telah melakukan pengujian pada mobil yang akan parkir memiliki kecepatan rata-rata mobil adalah 5 Km/jam. Dan perlambatan waktu saat parkir hingga berhenti adalah 4 detik. Pembebanan penutup drainase sesuai dengan perhitungan di bawah ini
59
Diketahui.
m = 1600 Kg g = 9,8 m/s2 v = 5 km/Jam
α = variasi 30o, 45o,60o μs= 0,8
∑ Fy = 0 untuk sudut30o
F Sin α + W Cos α – N = 0 ……….2.1
W Cos α – N = 0
N = W × Cos α N = m × g Cos 30o N = 400 × 9,81 × 0,7071 N = 3398,184 N
Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Cover bump dengan luas area kontak ban mobil 2000 mm dapat dihitung dengan persamaan 2.2 di bawah ini:
σ =
.……….2.2Dimana F = Gaya [N]
A= Luas permukaan [mm²]
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak diketahui antara ban mobil dengan Cover bump adalah 2000 mm2 maka diperoleh hasil gaya tekan statik variasi sudut 45odan 60oterlihat pada 3.3 di bawah ini,
σ =
σ =
σ
= 1,6731 MPaDengan menggunakan persamaan 2.1 dan 2.2 dengan luas area kontak diketahui antara ban mobil dengan Cover bump adalah 2000 mm2 maka diperoleh hasil gaya tekan statik variasi sudut 30o, 45odan 60oterlihat pada Tabel 3.3 di bawah ini,
Tabel 3.3 Tabel hasil perhitungan gaya ban statik variasi sudut
No Variasi Sudut Gaya Dorong Mobil (N) [N]
Tegangan (σ) [MPa]
1 30o 3398,184 N 1,6731 MPa
2 45o 2774,6604 N 1,3873 MPa
3 60o 1962 N 0,981 MPa
Analisa gaya yang bekerja pada Cover bumpdengan sudut 30o , 45o, 60o diasumsikan dalam kondisi dinamik dengan kecepatan V = 5 km/jam, waktu t = 4 detik dan koefisien gesek µs = 0,8. Perhitungan gaya di atas dapat ditulis pada persamaan 2.3 di bawah ini :
61
∑ Fx = m × a
F.Cos α – w Sin α –Fs = 0 ……….2.3
m × a × Cos 30˚ - m × g × Sin 30˚ - µs× N = 0 400 × 0,345 × 0,8660 – 400 × 9,81 × 0,5– 0,8 N = 0 119,508 – 1962 – 0,8 N = 0
1842,442 – 0,8 N = 0
N =2303,0525 N
Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak diketahui antara ban mobil dengan Cover bumpadalah 2000 mm2 maka diperoleh gaya tekan untuk dinamik sebagai berikut,
σ =
σ
=1,1515 MPaGaya tekan Dinamik variasi sudut 30o, 45o dan 60o terlihat pada Tabel 3.4 di bawah ini,
Tabel 3.4 Tabel hasil perhitungan gaya ban Dinamik variasi sudut
Dimana: P = Gaya tekan (N) . W = Berat benda (N).
m = Massa (Kg) .
g = Percepatan gravitasi (m/s2).
v = Kecepatan (m/s) .
= Sudut kemiringan (⁰).
Pada simulasi ANSYS pembebanan pada objek digambar adalah tipe dapat di lihat pada Gambar 3.6 di bawah ini.
(a) (b)
Gambar 3.6 Pembebanan penutup drainase (a) tipe 1, (b) tipe 2.
No Variasi Sudut Gaya Dorong Mobil (N) [N]
Tegangan (σ) [MPa]
1 30o 2303,0525 N 1,1515 MPa
2 45o 33463,50775 N 1,6731 MPa
3 60o 4161,48 N 2,080774 MPa
63
6. ANSYS Solver
Langkah selanjutnya adalah klik solver icon pada toolbar.
7. ANSYS Post-Processor
Langkah selanjutnya adalah melihat besarnya deformasi yang terjadi pada spesimen project dengan klik kanan Solution “outline” tree view insert pilih Deformation. Untuk mengetahui besar tegangan dan regangan yang terjadi dapat dilakukan juga dengan langkah klik kanan Solution “outline” tree view insert pilih Stress pilih Maximum Principal Stress setelah itu lakukan kembali klik kanan Solution “outline” tree view insert pilih Sress pilih Maximum Principal Stress.
8. Solve
Setelah memilih solve berarti keseluruhan pengerjaan analisa statik dengan software ANSYS telah selesai, pada tahap ini tentunya akan memakan waktu yang relatif lama oleh komputer untuk melakukan komputasi perhitungan secara Finite Elemen Method (FEM).
3.7 Bagan Alir Simulasi Statik
Bagan alir simulasi StatikCover bump paduan bahan Concrete Foam diperkuat serat TKKS dengan analisa simulasi ANSYS seperti di bawah ini.
Gambar 3.7 Bagan alir simulasi statik penutup drainase ANSYS
Workbench
Statik Structural Engineering
Data Return to Project
Geometry
Generate Sketch
Model
Extrude Generate
Solid
Fixed Support Mesh
Force Stess, Strain,
deformation Finish
65
3.8 Uji Lindas
Pada penelitian ini dilakukan pengujian uji lindas pada cover bump tipe 1 dan tipe 2 di area stasion uji lindas seperti Gambar 3.8 di bawah ini:
Gambar 3.8 Stasion Uji Lindas Dalam pengujian lindas dilakukan set up seperti berikut:
1. Pasang sambungan penahan cover bump seperti Gambar 3.9 di bawah ini
Gambar 3.9 Sambungan pada Cover bump (a) Plat sambungan (b) Set up cover bump
2. Dilakukan pengujian parkir mobil pada cover bump seperti pada Gambar 3.10 di bawah ini .
(a) (b)
Gambar 3.10 Uji lindas cover bump (a) uji lindas tipe 1 (b) uji lindas tipe 2
3. Amati kerusakan retak (crack) atau patahan (fracture) yang terjadi akibat pengujian lindas seperti gambar 3.11 di bawah ini.
Gambar 3.11 Hasil Uji lindas cover bump (a) uji lindas tipe 1 (b) uji lindas tipe 2
67
3.9 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir proses pada penelitian Cover bump dengan bahan paduan Concrete Foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit menggunakan software ANSYS dan penggujian eksperimental uji impak jatuh bebas dapat dilihat pada Gambar 3.9 sebagai berikut.
Selesai Mulai
Studi literature
Pembuatan model gambar 3D penutup Drainase dengan menggunakan software ANSYS
Simulasi menggunakan ANSYS Membangun model finite elemen dan membuat mesh
Identifikasi Constrain dan pembebanan Eksekusi dan
Animasi Sifat fisik dan
mekanik bahan
Perbandingan simulasi Parking
bumper dengan Cover bump
Cover bump tipe 1
Analisa
Cover bump tipe 2
Kesimpulan
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pendahuluan
Hasil yang diperoleh dari penelitian ini dikhususkan untuk pemanfaatan material concrete foam sebagai produk Penutup drainase dan sekaligus sebagai parking bumper. Penelitian difokuskan pada desain geometri dan respon mekanik statik produk. Desain produk Penutup drainase dilakukan dengan melakukan melakukan simulasi beban statik terhadap beberapa bentuk Penutup drainase yang sekaligus dimanfaatkan sebagai parking bumper. Kemudian dilakukan pengujian simulasi dan uji impak jatuh bebas untuk mengetahui kemampuan fisik baik tangguh britel dan creak dalam penelitian experimental impak jatuh bebas pembuatan produk mengacu pada standar Menurut SKSNI T-07-1990-F, drainase perkotaan adalah drainase di wilayah kota yang berfungsi pengendalian kelebihan air permukaan, sehingga tidak mengganggu masyarakat dan dapat memberikan manfaat bagi kegiatan kehidupan masyarakat , Hasil Simulasi Kekuatan Struktur
4.2. Hasil Pembuatan Cover Bump
Dimulai dengan pembuatan model Penutup drainase dengan menggunakan software ANSYSS yang dijadikan objek penelitian mempunyai dimensi panjang 920 mm, lebar 200 mm, dan tinggi 150 mm sedangkan massa
Penutup drainase 19 Kg. Model penutup drainase mengacu kepada pembuatan model parking bump dengan 3 model yang diperlihatkan pada Gambar 4.1.
(c)
Gambar 4.1. Parking bumper (a) tipe A, (b) tipe B (c) tipe C
Pada fungsi single parking bump diperoleh hasil simulasi sebagai berikut ini:
Setelah geometri selesai dibuat, perlu dilakukan proses meshing (membagi volume menjadi bagian-bagian kecil) agar dapat dianalis pada program ANSYS, ukuran mesh yang terdapat pada suatu objek akan mempengaruhi ketelitian dan daya komputasi analisa. Semakin kecil atau halus mesh yang dibuat, maka hasil yang didapatkan akan semakin teliti, namun dibutuhkan daya komputasi yang makin besar.
Konsep pembuatan mesh mirip dengan pembuatan geometri. Pembuatan mesh dapat dilakukan dengan cara buttom-up atau top-down dimulai dengan meshing garis,
71
dilanjutkan dengan bidang, dan diakhiri dengan volume. Pada metode top-down, meshing langsung dilakukan pada volume. Ukuran mesh seragam di semua tempat pada metode top-down. Oleh karena itu, metode top-down sesuai untuk geometri yang cukup rumit.
Pada penelitian ini dilakukan meshing dengan metode top-down, sehingga pembahasan langsung kepada meshing volume. Mesh pada volume memiliki beberapa bentuk antara lain: heksagonal, wedge, dan tetragonal/hybrid. Bentuk heksagonal lebih mengurangi resiko kesalahan dan mengurangi jumlah elemen dengan elemen size 10 mm, alasan pemilihan mesh di atas adalah masih mencakup mesh pada concrete foam dimana ukuran butir tipe B4 adalah 0,05 – 2,29 mm dan panjang serat Tandan Kosong Klapa Sawit (TKKS) adalah antara 0,1-10 mm. Untuk dapat dilakukan meshing heksagonal, wedge, dan tetragonal/hybrid. Pada posisi pembebanan atau area kontak ban dengan cover bump dipilih jenis tetragonal untuk membedakan analisa komputasi dengan hasil yang lebih detail dan kondisi yang diharapkan pada posisi ini lebih kokoh.
Proses meshing dilakukan dengan menekan tombol printah mesh volume yang ada pada opration toolpad. Pertama-tama volume yang diinginkan harus dipilih terlebih dahulu. Kemudian, bentuk yang diinginkan. Jendela perintah meshing terdapat pada toolpad operasi meshing.
Tampilan mesh dalam ANSYS dapat dilihat pada Gambar 4.2 di bawah ini
