Kelompok 4
STUDI EKSPERIMEN DAN SIMULASI KETAHANAN
BENTURAN BETON UNTUK MENGGANTIKAN AGREGAT
HALUS DALAM JUMLAH BESAR DENGAN LIMBAH PLASTIK
Kelompok 4 OUR TEAM
220201601021
220201601014 220201601017 220201601040
Muh.Yusuf Jerika Angelia Hokil Muh. Ilham Ba’dal Maulana Nabila Usmadilla
• Dampak dari sejumlah besar limbah plastik (PW) yang menggantikan agregat halus (FA) terhadap karakteristik mekanis beton di bawah beban benturan (IL) dipelajari secara eksperimental dan numerik.
• Sebagai pengganti agregat halus, sampel dibuat dengan 0%, 20%, 30%, dan 40% PW. Enam prisma dengan lebar 100 mm, kedalaman 50 mm, dan panjang 400 mm dibebani hingga gagal dalam mesin impak drop-weight setelah 28 hari dengan memaparkannya pada beban 30 N dari ketinggian 400 mm, sementara tiga prisma lain dengan ukuran dan usia yang sama dievaluasi di bawah beban statis (SL).
Kelompok 4
ABSTRAK
Kelompok 4
• Beban-perpindahan (LD) dan energi fraktur (GF) beton normal dan beton dengan prisma limbah plastik (PW) pada kondisi beban statis (SL) dan beban benturan (IL) diteliti. Simulasi teknik elemen hingga 3D juga dilakukan menggunakan LUSAS V.14 untuk menyelidiki dampak perilaku beban-perpindahan (LD), dan prediksi dikonfirmasi oleh temuan eksperimen.
Meskipun mengurangi jumlah agregat halus, ditemukan bahwa peningkatan PW yang proporsional hingga 20% dapat menyebabkan peningkatan beban lentur, tup impak, dan beban inersia.
ABSTRAK
• Pembuangan limbah plastik (PW) menjadi masalah lingkungan yang serius di seluruh dunia .
• Biaya pembuangan yang mahal, dikombinasikan dengan kebutuhan akan area penimbunan lahan yang luas, sering kali menyebabkan pembuangan limbah plastik (PW) secara sembarangan dan ilegal {M. Al-Tayeb, 2021 #14}.
• Kebutuhan mendesak untuk mengembangkan cara alternatif untuk menggunakan kembali limbah plastik (PW) untuk tujuan lain
Kelompok 4
PENDAHULUAN
• Beton telah diakui sebagai salah satu pilihan yang layak sebagai alternatif untuk menggunakan kembali limbah plastik (PW) .
• Hal ini konsisten dengan langkah-langkah ekologi inti, misalnya menghindari limbah, mendaur ulang limbah, menghindari tempat pembuangan sampah, memulihkan energi dari limbah, dan melestarikan sumber daya mentah.
• Beton, di sisi lain, memiliki karakteristik terbatas; misalnya, kekuatan tarik yang buruk, penyerapan energi impak, dan daktilitas. Banyak komponen dan konstruksi beton rentan terhadap beban impak, seperti dek jembatan, panel dinding, lantai industri, dan sistem hidrolik, serta perkerasan jalan raya dan perkerasan bandara.
• Akibatnya, ketahanan benturan (IR) dan kemampuan menahan beban yang lebih besar diperlukan dalam aplikasi ini . Dalam konteks ini, menunjukkan bahwa bahan yang diperkuat serat memiliki kapasitas untuk mengatasi kerapuhan beton
Kelompok 4
PENDAHULUAN
Kelompok 4
• Penggunaan serat limbah logam dalam pembuatan beton telah menunjukkan solusi untuk bangunan berkelanjutan dan hijau, dengan bonus tambahan berupa pilihan yang aman untuk pembuangan limbah plastik . Mohammadhosseini, Tahir dan Sam menyelidiki beton bertulang menggunakan serat limbah plastik logam dalam penelitian mereka. Mereka menemukan bahwa menambahkan serat limbah ini dapat memiliki efek besar pada kekuatan dan pengembangan ketahanan benturan (IR) komposit beton.
• Beberapa bentuk PW telah dipelajari dalam beberapa tahun terakhir, termasuk polietilena berdensitas tinggi (HDPE), polietilena tereftalat (PET), dan polipropilena (PP). Penelitian ini difokuskan pada dampak penambahan PW terhadap kemampuan kerja campuran baru dan kekuatan campuran yang telah mengeras
PENDAHULUAN
Kelompok 4
• Ismail dan Al-Hashmi menemukan bahwa ketika jumlah limbah plastik (PW) (80% polietilen dan 20% polistirena) meningkat, maka demikian pula densitas massal dan kemampuan kerja. Hal ini disebabkan oleh berkurangnya densitas agregat limbah plastik (PW) dibandingkan dengan agregat tradisional. Naik, Singh, Huber dan Brodersen menemukan bahwa plastik polietilen densitas tinggi dari limbah pascakonsumen dapat dimanfaatkan secara langsung sebagai pengisi lunak dalam beton. Mereka menemukan bahwa perlakuan kimia memiliki dampak substansial terhadap perilaku pengisi limbah plastik (PW) dalam beton. Beton yang mengandung partikel limbah plastik (PW) dari bumper kendaraan lebih daktail dibandingkan bentuk beton sejenis yang dibuat dengan agregat tradisional. Perilaku daktail ini mungkin sangat bermanfaat dalam mengurangi perkembangan fraktur pada konstruksi beton. Lebih jauh, seiring dengan bertambahnya jumlah partikel limbah plastik (PW), kekuatan tekan dan tarik belah beton menurun.
PENDAHULUAN
Kelompok 4
• Dampak substitusi agregat halus dalam jumlah besar sebesar 20%, 30%, dan 40% limbah plastik (PW) pada beban perpindahan (LD) dan energi fraktur (GF) prisma yang mengalami beban benturan (IL) diteliti secara eksperimental dalam studi ini, dan temuannya dibandingkan dengan temuan yang diperoleh melalui simulasi beban statis (SL) dan metode elemen hingga (FEM) dengan menggunakan perangkat lunak Lucas. Dalam studi ini, penulis menyatakan kontribusi berikut:
1. Investigasi beban benturan (IL) dan perpindahan berikutnya serta energi fraktur (GF) pada beton dengan jumlah limbah plastik (PW) besar.
2. Simulasi numerik berbasis metode elemen hingga (FEM) dari perilaku beban-perpindahan (LD) beton yang mengandung partikel limbah plastik (PW); belum ada pekerjaan simulasi sebelumnya pada beton Partikel limbah plastik (PW) telah dijelaskan..
PENDAHULUAN
Kelompok 4
• Semen Portland Biasa (OPC) (ASTM Tipe I)
• Agregat kasar ukuran 10 mm (berat jenis agregat kasar adalah 2,64)
• Pada suhu dan kelembapan ruangan , kerapatan curah dan berat jenis agregat halus silika normal masing-masing adalah 1730 kg/m3 dan 2,65.
• Partikel palikarbonat yang berasal dari limbah industri
• Campuran beton dibuat dengan substitusi jumlah agregat halus sebesar 20%, 30%, dan 40% (PW 20%, PW 30%, dan PW 40%) dengan PW ukuran partikel 3-4 mm
BAHAN DAN METODE
1. BAHAN
Kelompok 4
TABEL 1 : KOMPOSISI KIMIA SEMEN PORTLAND I (OPC)
Kelompok 4
TABEL 2 : DISTRIBUSI UKURAN PARTIKEL AGREGAT HALUS DAN
AGREGAT PLASTIK (PC)
Kelompok 4
TABEL 3 : KARAKTERISTIK MEKANIK DAN FISIK AGREGAT LIMBAH
PLASTIK (PW)
Kelompok 4
GAMBAR 1 : SAMPEL LIMBAH PLASTIK (PW)
Kelompok 4
TABEL 4 : KARAKTERISTIK CAMPURAN BETON PW
Kelompok 4
• Tiga silinder dengan tinggi 200 mm dan diameter 100 mm digunakan untuk setiap jenis kompresi dan modulus elastisitas (MOE).
• Enam prisma untuk uji pembebanan lentur impak 3 titik. Prisma pengujian berukuran kedalaman 50 mm, lebar 100 mm, dan panjang 400 mm, dengan bentang beban 300 mm.
• Sesuai dengan ASTM C-192/C-192M , semua sampel diawetkan dalam air selama 28 hari.
BAHAN DAN METODE
1. BAHAN
Kelompok 4
• ASTM C-469 dan ASTM C-39 digunakan untuk menguji kekuatan tekan (CS) dan Modulus Elastisitas (MOE) statis.
• ASTM C-78 digunakan untuk mengevaluasi kekuatan lentur statis tiga titik.
BAHAN DAN METODE
2. METODE
Kelompok 4
GAMBAR 2 : PERALATAN UJI BENTURAN LENTUR
EKSPERIMENTAL
• Menggambarkan tampilan pengaturan mesin tumbukan beban jatuh yang diinstrumentasikan sebelum dan sesudah tumbukan.
• Mesin tersebut berisi palu seberat 2 kg yang dapat dijatuhkan dari ketinggian mulai dari 0,5 hingga 2 m;
dalam studi saat ini, palu dilepaskan dari ketinggian 0,5 m
• Selama pengujian, riwayat beban tumbukan dipantau dengan menggunakan sel beban piezoelektrik dengan kapasitas 100 kN yang diposisikan sedikit di atas tup impaktor.
a) Alat Test Uji Lentur
b) Silinder yang didukung dan Sel Beban
Kelompok 4
GAMBAR 2 : PERALATAN UJI BENTURAN LENTUR
EKSPERIMENTAL
• 2 silinder baja berdiameter 10 mm, ditempatkan pada penyangga sudut siku-siku yang dapat disesuaikan, menopang sampel.
• Sensitivitas 2 mV/g dan akselerometer dengan variasi 2500g (percepatan gravitasi) digunakan untuk merekam percepatan spesimen selama tumbukan di dekat tepi di bentang tengah.
• Pengukur percepatan dipasang di bagian atas prisma dekat tepi di tengah bentang, sedangkan palu jatuh berada di tengah.
• Melalui sistem pengumpulan data berbasis komputer pribadi (PC), temuan dari akselerometer dan sel beban diperoleh pada interval 0,2 detik.
a) Alat Test Uji Lentur
b) Silinder yang didukung dan Sel Beban
Kelompok 4
RUMUS
Dimana :
• Pt adalah beban tup (data sel beban)
• Pi adalah beban awal yang seragam sepanjang prisma.
Dimana :
• A : luas penampang prisma;
• a : percepatan di pusat;
• L:rentang prisma uji;
• ov : panjang overhang
• Distribusi percepatan linear, • Kepadatan massa
beton
• Perpindahan titik beban
Dimana :
• a(t) menunjukkan percepatan sebagai fungsi waktu.
Kelompok 4
• LUSAS (London University Structural Analysis Software) digunakan untuk meniru perilaku prisma beton limbah plastik (PW) yang terpapar beban benturan (I.L)
• Prisma beton dimodelkan menggunakan delapan sudut heksahedron dengan fungsi bentuk khas seperti yang ditunjukkan dalam Persamaan
BAHAN DAN METODE
3. FEM (FINITE ELEMENT METHOD)
Persamaan delapan sudut heksahedron
Kelompok 4
TABEL 5 : FUNGSI BENTUK UNTUK HEKSAHEDRON DELAPAN SIMPUL
Kelompok 4
RUMUS
Dimana :
• {u} : vektor deformasi di mana saja di atas anggota;
• [Ni]: Matriks fungsi nodal kompleks dengan ukuran (3 × 3);
• {ui} : vektor deformasi di node anggota yang teridentifikasi; np: jumlah node di anggota secara keseluruhan.
Dimana :
• M : Matriks massa
• C : Matriks redaman Rayleigh
• K : Matriks kekakuan struktural
• Menentukan
deformasi • Persamaan kesetimbangan dinamis non
linier
• Matriks massa
Dimana :
• N : Array dari fungsi bentuk elemen dan matriks kerapatan
Kelompok 4
Dimana :
• D : Matriks modulus material
• B : Matriks perpindahan regangan
• aR dan bR : Koefisien redaman
Rayleigh dari kekakuan dan” massa Dimana :
• D dan S : Rasio redaman struktur
• B : Frekuensi melingkar pertama
• aR : Frekuensi melingkar kedua
• Rasio redaman untuk frekuensi melingkar pertama dan kedua dianggap sebesar 5%
RUMUS
Dimana :
• K : Matriks kekakuan struktural
• Matriks redaman Rayleigh
• Matriks kekakuan struktural
• Koefisien redaman Rayleigh
Kelompok 4
Istilah batas pada Gambar adalah sebagai berikut:
• Prisma ditopang (didistribusikan secara
merata sepanjang sumbu z) dari bawah pada x 50 mm (topang satu) dan x 350 mm (topang tarik), dan kurva beban tup yang diperoleh dari percobaan digunakan untuk menggambarkan beban di lokasi Pt (x = 200 mm, y = 50 mm, z = 50 mm).
• Beberapa uji coba dilakukan untuk mengatur ukuran mata jaring yang tepat, dan diketahui bahwa setelah 1024 anggota, tidak ada
peningkatan presisi; dengan demikian, ukuran mata jaring ini dipilih
GAMBAR 4 : MODEL FEM UNTUK
PRISMA
Kelompok 4
TEMUAN DAN PEMBAHASAN
• Kekuatan tekan (CS) dan Modulus Elastisitas (MOE) beberapa campuran beton dengan dan tanpa limbah plastik (PW) telah ditentukan. Pada umur 28 hari, Spesimen silinder dengan diameter 100 mm dan tinggi 200 mm dianalisis.
kelompok 4
GAMBAR 5 : RATA RATA CS TERHADAP BETON PW
• ketika agregat halus diganti dengan limbah plastik (PW). Kekuatan tekan (CS) rata rata menurun
sebesar 26%, 38%, dan 52%, dengan sejumlah yang menurunmasing masing sebesar 20%, 30%, dan 40%.
kelompok 4
GAMBAR 6 : RATA RATA MOE TERHADAP BETON PW
• Menggambarkan Modulus Elastisitas (MOE) yang menurun sebesar 15%,23%, 34%, adalah serupa.
• penurunan kekuatan tekan (CS) dan Modulus Elastisitas
(MOE) yang disebabkan oleh penambahan limbah plastik (PW) pada beton sebagai pengganti agregat halus juga konsisten dengan penelitian sebelumnya.
• Kekuatan tekan (CS) beton yang lebih rendah terkait dengan kekuatan tekan (CS) plastik yang ringan jika dibandingkan dengan tegangan tekan agregat halus alami.
• lebih jauh lagi, ikatan yang buruk antara pasta semen dan
partikel limbah plastik (PW), serta mudah berubah bentuknya partikel limbah plastik (PW), mengakibatkan timbulnya
retakan di sekitar partikel limbah plastik (PW) dengan cara yang sebanding dengan yang terjadi pada beton PW 0%
karena adanya rongga udara, yang menyebabkan penurunan tegangan.
kelompok 4
GAMBAR 7 : RIWAYAT PEMUATAN TUP
• menggambarkan fluktuasi beban tup seiring waktu, yang menunjukkan bahwa total beban benturan (IL) meningkat dengan penambahan partikel limbah
plastik (PW) 20% dan 30% sebagai substitusi agregat halus.
• Meskipun beban tup puncak untuk limbah plastik (PW) 40% lebih kecil daripada limbah plastik (PW) 30%, beban tersebut masih lebih besar daripada beton limbah plastik (PW) 0%.
• Peningkatan beban benturan (IL) keseluruhan terkait dengan kapasitas energi plastik yang lebih besar jika dibandingkan dengan beton biasa; oleh karena itu, penambahan limbah plastik (PW) meningkatkan keuletan campuran dan kapasitas penyerapan benturan.
kelompok 4
GAMBAR 8 : RIWAYAT BEBAN TUP, SILINDER, DAN LENTUR
• menggambarkan fluktuasi yang bergantung pada waktu dalam beban tup, inersia, dan lentur untuk beton limbah plastik (PW).
• Baik beban inersia maupun lentur meningkat untuk limbah
plastik (PW) 20% dan 30%, kemudian turun untuk limbah plastik (PW) 40% tetapi tetap lebih besar daripada beton limbah plastik (PW) 0%. Karena limbah plastik (PW) meningkatkan fleksibilitas campuran komposit, dan beban inersia meningkat.
• Peningkatan limbah plastik (PW) meningkatkan keuletan dan penyerapan beban benturan (IL).
• Semakin rendah kekuatan lentur statis, semakin besar peningkatan proporsional dalam kekuatan lentur dengan meningkatnya laju regangan.
• Kedua faktor ini bekerja sama untuk meningkatkan ketahanan tekuk benturan.
• Peningkatan beban benturan (IL), di sisi lain, mungkin karena fakta bahwa di bawah beban benturan (IL), retakan dipaksa menjalar dalam jarak pendek, yang umumnya memiliki limbah plastik (PW) dengan redaman yang lebih kuat dan partikel
dengan kekuatan yang lebih tinggi daripada beton.
kelompok 4
GAMBAR 9 : BEBAN LENTUR AKIBAT BENTURAN VS LENDUTAN
• Menunjukkan perhitungan beban lentur impak
terhadap lendutan untuk beton limbah plastik (PW) 0% dan tiga jenis beton fleksibel.
• Energi fraktur (GF) dijelaskan sebagai area di bawah beban lentur impak terhadap kurva perpindahan.
• Energi fraktur (GF) dinamis lebih besar daripada energi fraktur (GF) statis.
• Di bawah beban benturan (IL), energi lentur beton dengan limbah plastik (PW) 5% dan 10% adalah 190%
dan 240% lebih banyak daripada beton limbah plastik (PW) 0% dalam kondisi yang sama, sementara
peningkatan 67% terlihat dengan substitusi 40%.
• Beban lentur puncak statis seringkali lebih kecil daripada beban lentur puncak impak, yang konsisten dengan penelitian yang dipublikasikan .
• Ketika proporsi limbah plastik (PW) meningkat, demikian pula rasio beban lentur puncak dinamis terhadap statis.
• Karena fakta bahwa menambahkan limbah plastik (PW) ke beton dengan pengurangan yang
sepadan dalam jumlah agregat halus mengurangi kekuatannya di bawah tegangan statis, namun kapasitas limbah plastik (PW) untuk menyerap energi dinamis meningkatkan kekuatan beton di bawah beban benturan (IL) .
• Energi Fraktur (GF) dinamis terhadap statis hanya meningkat untuk limbah plastik (PW) 20 dan 30%, dan turun tetapi tetap lebih dari PW 0% untuk PW 40%.
kelompok 4
PERBANDINGAN HASIL UJI STATIS DAN DINAMIS
Kelompok 4
TABEL 6 : PERBANDINGAN HASIL UJI TUMBUKAN EKSPERIMENTAL
DAN TEKUKAN STATIS
kelompok 4
• Bila dibandingkan dengan beton biasa, sampel beton limbah plastik (PW) memiliki beberapa perbedaan kecil yang dapat ditoleransi.
• Perpindahan pada akhir reaksi tumbukan untuk limbah plastik (PW) 0% adalah 0,9 mm dalam simulasi dan 0,7 mm dalam percobaan.
• Saat limbah plastik (PW) ditambahkan, besarnya perpindahan agak meningkat untuk penambahan limbah plastik (PW) 20%
dan 30% dan turun untuk penambahan limbah plastik (PW) 40%.
PERBANDINGAN HASIL EKSPERIMEN DAN SIMULASI
Kelompok 4
• Menunjukkan data aktual (Beban Tup dari Gambar 7 dan perpindahan dari Persamaan 3) dibandingkan dengan data model (Beban Tup dari Gambar 7 dan perpindahan dari teknik elemen hingga 3D)
GAMBAR 10 : BEBAN BENTURAN VS PERPINDAHAN,
EKSPERIMENTAL, DAN DIPROYEKSIKAN
kelompok 4
• Pengaruh substitusi agregat halus dengan limbah plastik (PW) pada kinerja beban benturan (IL) beton diperiksa.
• Contoh beton dibuat dengan menambahkan 20%, 30%, dan 40% PW ke dalam campuran dan mengurangi persentase agregat halus yang sama.
• Semua sampel diuji di bawah tekanan impak dan statis. Prediksi numerik yang diperoleh oleh model FEM yang disarankan selaras dengan data eksperimen tentang perilaku beban-perpindahan (LD) impak.
• Perlu dicatat bahwa substitusi agregat halus dengan limbah plastik (PW) mencapai peningkatan beban inersia, tup impak, dan beban lentur hingga 30%; pada 40%, meskipun ada sedikit penurunan, temuannya masih lebih baik daripada 0% limbah plastik (PW).
• Beban lentur puncak statis secara konsisten menurun saat jumlah limbah plastik (PW) meningkat, dan energi lentur impak selalu lebih besar daripada energi statis.
• Teknik pemodelan yang disarankan akan menjadi tambahan potensial untuk memfasilitasi prediksi beton limbah plastik (PW) yang akurat, menghindari perlunya prosedur eksperimental yang memakan waktu dan berbahaya.
KESIMPULAN
Kelompok 4
THANK
YOU
