Desain Dan Analisis Struktur Speed Bump Dengan Bahan Concrete Foam Yang Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Software Ansys

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pendahuluan

Speed bump (pembatas kecepatan kendaraan) adalah bagian jalan yang

ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang di jalan

untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar meningkatkan

keselamatan bagi pengguna jalan. Gambar speed bump (Pembatas kecepatan

kendaraan) diperlihatkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1Speed bump

Speed bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar

terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Untuk meningkatkan

keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggianya diatur dan apabila

melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih

dahulu mengenai adanya speed bump, khususnya pada malam hari, maka speed

bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau

kuning yang kontras sebagai pertanda [6].

Ukuran speed bump (pembatas kecepatan kendaraan) sudah diatur dalam

Pengendali dan Pengaman Pemakai Jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi

maksimum Pembatas kecepatan kendaraan adalah 15 cm dan sudut kemiringan 15˚.

Speed Bumptersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar terlihat

jelas oleh para pengendara yang hendak melintas.

Speed bumpakan bermanfaat jika ditempatkan dan didesain sesuai dengan

aturan misalkan di jalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai kelas

jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan

konstruksi. kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya tidak boleh lebih

dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan kondisi diatas maka

akan bermanfaat [6].

Speed Bumpyang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan, tapi

juga membahayakan si pengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak sesuai

mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar. Speed

bumpditempatkan pada:

1. Jalan di lingkungan pemukiman.

2. Jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC.

3. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi.

Berikut ini gambar desain standar speed bump (pembatas kecepatan kendaraan)

yang sesuai ketentuan pemerintah pada Gambar 2.2.

Pada proses pemakaianSpeed Bump akan bersentuhan langsung dengan roda

mobil pada posisi roda depan ataupun belakang. Sementara satu roda mobil akan

menyentuh satu Speed Bump. 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 2.3 berikut ini.

Gambar 2.3. Ilustrasi pembebanan pada Speed Bump

Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut adalah

berat bobot mobil, dan N adalah gaya normal yang selanjutnya kita beri nama gaya

tekan yang terjadi pada Speed Bump. Analisa gaya yang terjadi padaSpeed Bump

dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.4 di bawah ini.

Gambar 2.4. Analisa gaya yang diterimaSpeed Bumpsaat pertama melintas.

N F cos

F sin

F

W

W sin

fs

Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada Speed

Bumpdiatas terlihat pada Gambar 2.5 di bawah ini.

Gambar 2.5Free body diagramgaya yang bekerja padaSpeed Bump.

Analisa gaya yang bekerja padaSpeed 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:

∑ Fy= 0

F Sinα + W Cos α – N = 0 ………(2.1)

W Cos α –N = 0

N = W × Cosα

N = m×g Cosα

N = 400 × 9,81 × 0,7071

Maka besar gaya tekan yang diterima olehSpeed Bumpdengan luas area

kontak ban mobil 2000 mm2_{dapat dihitung dengan persanaan 2.2 di bawah ini:}

σ =

.………...(2.2)

Dimana F = Gaya [N]

A = Luas permukaan [mm²]

Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak ban diketahui

sebesar 2000 mm2, maka diperoleh gaya tekan statik sebagai berikut.

σ =

σ

=

,

σ

= 1,3873 Mpa

Dari penelitian W. Ciptian [6] yang melakukan riset tentangSpeed Bump dan

telah melakukan pengujian pada mobil yang akan melintasi speed bumpmemiliki

kecepatan rata-rata mobil adalah 5 km/jam. Analisa gaya yang bekerja pada Speed

Bumpdiasumsikan dalam kondisi dinamik dengan kecepatan

ν

= 5 km/jam, waktu

t = 10 detik dan gaya gesek

µ

s = 0.8. Perhitungan di atas dapat ditulis pada

persamaan 2.3 di bawah ini:

∑ Fx = m × a

m × a × Cos 45˚- m × g × Sin 45˚-

µ

s× N = 0

400 × 0,138 × 0,7071–400 × 9,81 × 0,7071–0,8 N = 0

39,03192–2774,6604–0,8 N = 0

-2735,62848–0,8 N = 0

N = -2735,62848

N = - 3419,5356 N (↑)

Hasil gaya diatas adalah–3419,5356, Tanda minus pada hasil diatas hanya

menunjukkan arah gaya, dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area

kontak ban diketahui sebesar 2000 mm², maka diperoleh gaya tekan dinamik

sebagai berikut,

σ =

σ

= 3419,5356 N

σ

= 1,7097678 Mpa

Keterangan:

P = Gaya tekan (N) .

W = Berat benda (N).

m = Massa (Kg) .

g = Percepatan gravitasi (m/s2_). 0,8

v = Kecepatan (m/s) .

= Sudut kemiringan ( ).

fs = Gaya gesek (N).

μ s= Koefisien gesek.

Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut adalah

berat bobot mobil, dan N adalah gaya normal yang selanjutnya kita beri nama gaya

tekan yang terjadi pada Speed Bump. Analisa gaya yang terjadi padaSpeed Bump

dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.6 di bawah ini.

Gambar 2.6 Analisa gaya yang diterimaSpeed Bumpsaat ban melintas pada titik puncakSpeed Bump.

Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada Speed

Bumpdiatas terlihat pada Gambar 2.7 di bawah ini.

N

W

Gambar 2.7Free body diagramgaya yang bekerja pada saat di atasSpeed Bump.

Analisa gaya yang bekerja padaSpeed Bumpdiasumsikan dalam kondisi statis

dengan m = 400 Kg dan g = 9.81 detik. Perhitungan di atas dapat ditulis pada

persamaan 2.4 di bawah ini:

∑ Fy= 0

W– N = 0 ………(2.4)

N = W

N = m×g

N = 400 × 9,81

N = 3.924 N (↓)

Maka besar gaya tekan yang diterima olehSpeed Bumpdengan luas area

kontak ban mobil 2000 mm2dapat dihitung dengan persanaan 2.2 di bawah ini:

σ =

.………(2.5)

N

Dimana F = Gaya [N]

A= Luas permukaan [mm²]

Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak ban diketahui

sebesar 2000 mm2, maka diperoleh gaya tekan statik sebagai berikut.

σ =

σ

=

3.924 N

σ

= 1,96 Mpa

Keterangan:

P = Gaya tekan (N) .

W = Berat benda (N).

m = Massa (Kg) .

g = Percepatan gravitasi (m/s2).

v = Kecepatan (m/s) .

= Sudut kemiringan ( ).

fs = Gaya gesek (N).

μ s= Koefisien gesek.

2.2 Bahan Komposit

Komposit adalah campuran dua material atau lebih yang dicampur secara

makroskopik untuk menghasilkan suatu material baru. Artinya penggabungan

sifat-sifat unggul dari pembentuk masih terlihat nyata.

Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu matriks dan penguat

(reinforcement). Hal ini dapat diilustrasikan pada Gambar 2.8.

Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat, hal ini

dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang akan

dihasilkan.

Keterangan gambar:

1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat.

2. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.

3. Komposit merupakan gabungan, campuran dua atau lebih bahan

bahan yang terpisah.

Gambar 2.8. Gabungan Makroskopis fasa-fasa Pembentuk Komposit

Komposit dikenal sebagai bahan teknologi karena diperoleh dari hasil

teknologi pemrosesan bahan. Kemajuan teknologi pemrosesan bahan dewasa ini

telah menghasilkan bahan teknik yang dikenal sebagai bahan komposit [3]. Ada

tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu:

1. Material pembentuk. Sifat-sifat intrinsik material pembentuk memegang

peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat kompositnya.

2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran

tiap-tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya merupakan

faktor penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit

secara keseluruhan.

3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan penggabungan

beberapa komponen yang berbeda, baik dalam hal bahannya maupun

bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti akan berbeda.

Sifat bahan komposit sangat dipengaruhi oleh sifat dan distribusi unsur

penyusun, serta interaksi antara keduanya. Parameter penting lain yang mungkin

mempengaruhi sifat bahan komposit adalah bentuk, ukuran, orientasi dan disribusi

dari penguat (filler) dan berbagai ciri-ciri dari matriks. Sifat mekanik merupakan

salah satu sifat bahan komposit yang sangat penting untuk dipelajari. Untuk aplikasi

struktur, sifat mekanik ditentukan oleh pemilihan bahan. Sifat mekanik bahan

komposit bergantung pada sifat bahan penyusunnya.

Peran utama dalam komposit penguat serat adalah untuk memindahkan

tegangan (stress) antara serat, memberikan ketahanan terhadap lingkungan yang

merugikan dan menjaga permukaan serat dari efek mekanik dan kimia. Sementara

kontribusi serat sebagian besar berpengaruh pada kekuatan tarik (tensile strength)

bahan komposit.

Secara umum serat yang sering digunakan sebagai penguat adalah serat

buatan seperti serat gelas, karbon, dan grafit. Serat buatan ini memiliki keunggulan

tetapi biayanya tinggi jika dibandingkan dengan serat dari alam. Pemakaian serat

alam yaitu serat tandan kosong kelapa sawit sebagai pengganti serat buatan akan

diperlukan bagi pengolahan serat alam dibandingkan dengan serat buatan.

Walaupun sifat-sifatnya kalah dari segi keunggulan dengan serat buatan, tetapi

harus diingat bahwa serat alam lebih murah dalam hal biaya produksi dan dapat

terus diperbaharui.

2.2.1 Klasifikasi Material Komposit

Berdasarkan pada matrik penyusunnya komposit terdiri dari beberapa jenis

material komposit, yaitu:

1. Metal Matrix Composite(MMC)

Terdiri dari matrik logam seperti Aluminium, timbal, tungsten, molib

denum, magnesium, besi, kobalt, tembaga dan keramik tersebar.

2. Ceramic Matrix Composite(CMC)

Terdiri dari matrik keramik dan serat dari bahan lainnya.

3. Polymers Matrix Composite

Terdiri dari matrik termoset seperti Polyester tidak jenuh dan Epoxiy atau

Termoplastik sepertiPolycarbonate,Polivinil klorida,Nylon, Polysterenedan kaca,

karbon, baja, serbuk kayu atau serat kevlar.

4. Concrete Matrix Composite(CMC)

Terdiri dari matrik Beton ditambah beberapa matrik material serbuk filler,

Pozolanic, serbuk/serat kayu, serat bambu,Sterofoam, baja, serbuk kertas, dan batu

apung.

2.2.2 Teknik Pembuatan Material Komposit

Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan

dan penguat dilakukan dengan proses pengadukan. Proses pengadukan ini

dilakukan dengan selang waktu tertentu sebelum terjadi pengerasan material

komposit. Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya

adalah:

1. Metode penuangan secara langsung

Pada metode penuangan secara langsung dilakukan dengan cara

melekatkan atau menyentuhkan material-material penyusun pada

cetakan terbuka dan dengan perlahan-lahan diratakan dengan

menggunakan roda perata atau dengan pemberian tekanan dari luar,

metode ini cocok untuk jenis serat kontinyu.

2. Metode pemampatan atau tekanan.

Pada metode pemampatan atau dengan menggunakan tekanan ini

menggunakan prinsip ekstrusi dengan pemberian tekanan pada

material bakunya yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini

umumnya berupa injeksi, mampatan atau semprotan. Material yang

cocok untuk jenis ini adalah penguat partikel.

3. Metode pemberian tekanan dan panas.

Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan,

dimana metode ini menggunakan tekanan dengan pemberian panas

awal yang bertujuan untuk memudahkan material komposit mengisi

pada bagian-bagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat

kecil.

Pada KompositConcrete Foam, materialnya terdiri dari Semen, pasir, air,

blowing agentdan serat TKKS.Blowing agentyang digunakan dalam penelitian ini

adalah Surfaktan [1].

2.3.1. Semen

Kata semen berasal daricaementum(bahasa latin), yang artinya "memotong

menjadi bagian-bagian kecil tak beraturan”. Semen adalah zat yang digunakan

untuk merekat batu, bata, batako maupun bahan bangunan lainnya. Material semen

adalah material yang mempunyai sifat-sifat adhesif dan kohesif yang diperlukan

untuk mengikat agregat-agregat menjadi suatu massa yang padat yang

mempunyai kekuatan yang cukup [7].

Semen merupakan hasil industri dari paduan bahan baku: batu

gamping/kapur sebagai bahan utama, yaitu bahan alam yang mengandung senyawa

Calcium Oksida(CaO), dan lempung/tanah liat yaitu bahan alam yang mengandung

senyawa: Silika Oksida (SiO2), Alumunium Oksida (Al2O3), Besi Oksida (Fe2O3)

dan Magnesium Oksida (MgO) atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir

berupa padatan berbentuk bubuk (bulk), tanpa memandang proses pembuatannya,

yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air.

Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh,

sebagian untuk membentukclinkernya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah

dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Fungsi utama dari semen adalah

untuk mengikat partikel agregat yang terpisah sehingga menjadi satu kesatuan.

Bahan dasar pembentuk semen adalah:

- 3CaO.SiO2 (tricalcium silikat)

- 3CaO.Al2O3 (tricalcium aluminate)

- 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (tetracalcium alummoferrit)

Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran beton.

Kandungan semen hidraulik yang tinggi akan memberikan banyak keuntungan,

antara lain dapat membuat campuran mortar menjadi lebih kuat, lebih padat, lebih

tahan air, lebih cepat mengeras, dan juga memberikan rekatan yang lebih baik.

Kerugiannya adalah dengan cepatnya campuran beton mengeras, maka dapat

menyebabkan susut kering yang lebih tinggi pula. Beton dengan kandungan

hidraulik rendah akan lebih lemah dan mudah dalam pergerakan.

2.3.2 Pasir

Pasir merupakan jenis agregat alam. Agregat utamanya digunakan untuk

mengisi bagian terbesar dari beton yang mana mengisi 75 % bagian dari beton.

Semakin besarnya ukuran agregat yang digunakan maka akan semakin mengurangi

jumlah semen yang digunakan. Hal ini juga akan mengurangi panas yang timbul

pada saat pencampuran air dan hubungan antara thermal stress dan shrinkage

cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa ukuran

agregatnya lebih dari 40 mm dan untuk kekuatan di antara 30 MPa agregat yang

digunakan berukuran 20 mm.

2.3.3 Air

Air digunakan untuk membuat adukan menjadi bubur kental dan juga sebagai

bahan untuk menimbulkan reaksi pada bahan lain untuk dapat mengeras. Air

membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Oleh

karena itu, air sangat dibutuhkan dalam pelaksanaan pengerjaan bahan. Nilai

banding berat air dan semen untuk suatu adukan beton dinamakan Water Cement

Ratio(W.C.R). Air yang dapat digunakan dalam proses pencampuran beton adalah

sebagai berikut [8]:

1. Air yang digunakan pada campuran beton haruslah bersih dan bebas

dari bahan–bahan yang merusak yang mengandung oli, asam, alkali,

garam, bahan organik, atau bahan–bahan lainnya yang merugikan

terhadap beton.

2. Air pencampur yang digunakan pada beton prategang atau pada beton

yang di dalamnya tertanam logam aluminium, termasuk air bebas yang

terkandung dalam agregat, tidak boleh mengandung ion klorida dalam

jumlah yang membahayakan.

2.3.4. Bahan Pengembang

Bahan pengembang adalah material yang digunakan untuk menghasilkan

struktur berongga pada komposit yang dibentuk, agar material komposit mengalami

pengembangan volume. Caranya adalah mencampurkan bahan pembentuk busa dan

air dengan perbandingan 1:60.

2.3.5 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

Bahan penguat Komposit yang digunakan ialah dari bahan TKKS yang

kemudian dibentuk menjadi ukuran halus dan dicampur dalam matriks. Ukuran

hingga mencapai ukuran 0,1-0,8 mm. Bahan-bahan penyusun TKKS dapat dilihat

pada Tabel 2.1 [2].

Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit

No Bahan-Bahan Kandungan Komposisi (%)

1. Uap air 5.40

2. Protein 3.00

3 Serat 35.00

4. Minyak 3.00

5. Kelarutan air 16.20 6. Kelarutan unsur alkali 1 % 29.30

7. Debu 5.00

Tandan Kosong Kelapa Sawit segar dari hasil Pabrik Kelapa Sawit

umumnya memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%,

sedangkan bagian Lignoselulose sendiri terdiri dari Lignin 16,19%, Selulose

44,14% danHemiselulose19,28%. Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan

limbah dari tandan kosong kelapa sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif

dan asam lemak yang sangat tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik

material yang dibentuk.

Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong kelapa sawit terlebih

dahulu direndam kedalam larutan NaOH 1% selama sehari, kemudian dicuci

dengan air bersih dan dikeringkan pada suhu kamar selama kurang lebih 3 hari.

2.4 Beton Ringan

(Light Weight Concrete). Pembuatan beton ringan dengan pemakaian aggregat

ringan dimulai sejak munculnya aggregat ringan yang dibuat dari proses

pembakaranShaledanClayspada tahun 1917 oleh S. J. Hayde. Pemakaian beton

ringan pertama kali diperkenalkan di Amerika pada Perang Dunia I (1917) oleh

PerusahaanEmergency Fleet Building, dengan memakaiAggregate Expanded

Shale, dan dipakai untuk konstruksi kapal serta perahu. Beton ringan bertulang

tersebut mempunyai kekuatan 34.47 MPa dan berat isi 1760 kg/m3.

Sejak tahun 1950-an beton ringan telah dipakai pada struktur gedung

bertingkat, lantai kendaraan pada jembatan dan beton precast, dan lain-lain. Ada

beberapa cara untuk memproduksi beton ringan tetapi itu semuanya hanya

tergantung pada adanya rongga udara dalam aggregat, atau pembuatan rongga

udara dalam beton, diantaranya ada beberapa cara pembuatannya, yaitu dapat

dilakukan dengan 3 cara pembuatan:

1. Beton ringan dengan bahan batuan yang berongga atau agregat ringan

buatan yang digunakan juga sebagai pengganti agregat dasar/kerikil.

Beton ini memakai aggregat ringan yang mempunyai berat jenis yang

rendah (berkisar 1400 kg/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 aggregat beton ringan ini dapat dikelompokkan menjadi 2

yaitu:

a. Beton ringan-total (All-Light Weight Concrete) Campuran beton

Untuk memperoleh kekuatan beton yang lebih baik, agregat halus diganti

dengan pasir alam sedangkan agregat kasar merupakan agregat ringan. Beton

ringan dapat dibagi lagi dalam tiga golongan berdasarkan tingkat kepadatan dan

kekuatan beton yang dihasilkan dan berdasarkan jenis agregat ringan yang

dipakai, beton ringan dapat diklasifikasikan menjadi tiga yaitu:

a. Beton Insulasi (Insulating Concrete)

Beton ringan dengan berat (Density) antara 300 kg/m3_{-800 kg/m}3_dan

berkekuatan tekan berkisar 0,5-6,89 MPa, yang biasanya dipakai

sebagai beton penahan panas (Insulasi Panas) disebut jugalow 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

PerlitedanVermiculite.

b. Beton ringan dengan kekuatan sedang (Moderate Strength Concrete)

Beton ringan dengan berat (Density) antara 800 kg/m3_{-1440 kg/m}3_,

yang biasanya dipakai sebagai beton struktur ringan atau sebagai

pengisi (Fill Concrete). Beton ini terbuat dari agregat ringan buatan

seperti: Terak (Slag), Abu Terbang (Fly Ash), Lempung, Batu Sabak

(Slate), Batu Serpih (Shale), dan Agregat Ringan Alami, seperti

Pumice, Skoria, Dan Tufa. Beton biasanya memiliki kekuatan tekan

berkisar 5-17 MPa.

c. Beton Struktural (Structural Concrete) Beton ringan dengan berat

(Density) antara 1440-1850 kg/m3 yang dapat dipakai sebagai beton

pada umur 28 hari mempunyai kuat tekan berkisar > 17,24 MPa.

Untuk mencapai kekuatan sebesar itu, beton ini dapat memakai

agregat kasar sepertiExpanded Shale, Clays, Slate, danSlag.

d. Beton ringan tanpa pasir (No Fines Concrete) adalah beton yang tidak

menggunakan aggregat halus (pasir) pada campuran pastanya atau

sering disebut beton non pasir, sehingga mempunyai sejumlah besar

pori-pori. Dengan berat isi berkisar 880-1200 kg/m3_{. Kekuatan beton}

No Finesberkisar 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.

e. Beton ringan yang diperoleh dengan memasukkan udara dalam adukan

atau mortar (Beton Aerasi/Beton Busa/Gas). Dengan demikian akan

terjadi pori-pori udara berukuran 0,1-1 mm dalam betonnya, dikenal

sebagai beton teraerasi, beton berongga, beton busa atau beton gas.

Memiliki berat isi 200-1440 kg/m3 dan biasanya digunakan untuk

keperluan insulasi serta beton tahan api.

2.5 Perilaku Mekanik Akibat Beban Tekan Statik

Perilaku mekanik dapat didefinisikan sebagai suatu reaksi yang timbul

akibat dari adanya suatu aksi atau gangguan. Sebagai contoh salah satu gangguan

yang diberikan terhadap suatu material adalah Gaya, dan respon yang ditimbulkan

dan lain-lainnya. Respon yang dihasilkan tentunya dapat memberikan informasi

mengenai sifat dan karakteristik suatu material tersebut.

Penyelidikan respon statik suatu material atau struktur merupakan

rangkaian kegiatan dalam mempelajari perubahan bentuk dan kerusakan akibat

pembebanan tertentu terhadap material uji sesuai ASTM C-39 dengan ukuran

150×150×150 mm, 1 MPa = 10 kg/cm2. Kegiatan tersebut merupakan tindakan

dasar untuk menanggulangi terjadinya kegagalan material dalam aplikasi teknik.

Salah satu kegiatan yang paling dasar adalah melakukan pengujian dengan

pembebanan tertentu terhadap sejumlah sampel.

Perilaku mekanik yang terjadi terhadap Concrete Foam dapat dilihat

melalui kurva tegangan dan regangan. Kurva tersebut memberi informasi yang khas

untuk setiap jenis pembebanan.

Untuk beban statik aksial, tipikal kurva tegangan-regangan ditunjukkan

pada Gambar 2.9. Di sepanjang garis kurva terdapat tiga tingkat respon, yaitu:

perilaku elastis (linear-elastic respon), plastisitas (plateau), dandensificationyang

ditandai dengan peningkatan tegangan yang sangat cepat. Pada fasa pertama

(linear-elastic respon) tegangan bertambah secara linear dengan perubahan bentuk dan

regangan yang terjadi. Fasa kedua (plateau) adalah karakteristik yang ditandai

dengan perubahan bentuk yang kontinu pada tegangan yang relatif konstan yang

dikenal dengan stress atau collapse plateau. Dan fasa ketiga deformasi adalah

densifikasi, dimana tegangan (stress) meningkat tajam dan Foammulai merespon

dengan pemadatan solid. Pada fasa ini struktur sel material Foam mengalami

padat tersebut. Mekanisme yang dikaitkan dengancollapse plateauadalah

berbeda-beda tergantung pada sifat dinding sel [9].

Gambar 2.9 Tipikal kurva respon tegangan-regangan akibat beban tekan statik aksial.

UntukFoamyang fleksibel.Collapse Plateauterjadi karena tekuk elastik

(Elastic Buckling) dari dinding sel. Untuk kekakuan dan kegetasanFoam,Plastic

Yield dan Brittle Crushing dinding sel adalah mekanisme utama kegagalan yang

berulang-ulang. Secara skematis, pengujian beban tekan statik diilustrasikan pada

Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Diagram uji tekan static

Nilai modulus elastisitas bahan dapat diketahui melalui slope garis elastis

linear. Sehingga secara matematis, nilai modulus elastisitas akibat beban statik

dimana:

E = Modulus elastisitas (Pa)

σ = Tegangan normal (Pa)

ε = Regangan

Tegangan normal akibat beban tekan ditentukan dengan persamaan (2.7).

…….………...(2.7)

dimana:

F = Beban tekan (N).

A = Luas penampang yang dikenai beban tekan (m2).

Regangan akibat beban tekan statik diperoleh dengan persamaan (2.8).

…….….………...(2.8)

dimana:

Δ = perubahan panjang yang terjadi (m).

= Panjang awal (mula-mula) (m).

Dengan mensubsitusi persamaan (2.6) dan (2.7), ke persamaan (2.8), maka

2.6. Simulasi Numerik

Untuk menyelesaikan permasalahan numerik digunakan alat bantuSoftware

ANSYS. Program ANSYS ini dikembangkan di Amerika Serikat oleh National

Aeronautics and Space Administration (NASA). Perangkat Schwendler

Corporationadalah program analisa elemen hingga untuk analisa tegangan (stress),

getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan

komponen mekanika. Dengan ANSYS, kita dapat mengimport geometri CAD

(Computer Aided Design) atau dengan membuat geometri sendiri denganANSYS.

Metode elemen hingga merupakan metode yang digunakan oleh para

Engineeruntuk menyelesaikan permasalahan teknik dan problemmatematis yang

dihadapinya. Adapun permasalahan teknik dan problem matematis yang dapat

diselesaikan dengan menggunakan metode elemen hingga dapat dibagi dalam dua

kelompok, yaitu masalah analisa struktur dan non struktur. Permasalahan dalam

bidang stuktur meliputi analisa tegangan,buckling, dan analisa getaran. Sedangkan

dalam bidang non struktur meliputi masalah perpindahan panas, mekanika fluida,

dan distribusi potensial listrik dan magnet [9].

Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti

persoalan pembebanan terhadap struktur yang komplek, pada umumnya sulit

dipecahkan melalui analisa matematika. Hal ini disebabkan karena analisa

matematika memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik

pada struktur yang dikaji.

metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini. Metode

ini akan mengadakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak diketahui setiap

titik secara diskrit. Mulai dengan pemodelan dari suatu benda dengan

membagi-bagi dalam membagi-bagian yang kecil yang secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang

sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi dalam bagian yang kecil (diskrisasi).

Secara umum langkah-langkah yang dilakukan dalam metode elemen

hingga dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Pemilihan tipe elemen dan diskritisasi

Tipe elemen yang digunakan dalam metode elemen hingga ini adalah

elemen segitiga dan segi empat untuk kasus dua dimensi, sedangkan

kasus-kasus tiga dimensi digunakan Elemen Tetrahedral, Heksagonal,

dan balok. Selanjutnya bagilah benda tersebut dalam elemen-elemen,

langkah ini disebut langkah diskritisasi.

2. Pemilihan fungsi pemindahan/fungsi Interpolasi

Jenis-jenis fungsi yang sering digunakan adalah fungsi linear, fungsi