BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. Speed bump (speed bump) atau disebut juga sebagai alat pembatas

Transkripsi

1 BAB TINJAUAN PUSTAKA.. Speed Bump Speed bump (speed bump) atau disebut juga sebagai alat pembatas kecepatan adalah bagian jalan ang ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen ang dipasang melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju/kecepatan kendaraan []. Untuk meningkatkan keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggina diatur dan apabila melalui jalan ang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adana speed bump, khususna pada malam hari, maka speed bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau kuning. Akan tetapi speed bump ang umumna ada di Indonesia lebih banak ang bertentangan dengan disain speed bump ang diatur berdasarkan keputusan Kemenhub no. tahun 99 (Gbr..). Gbr... Speed bump sesuai Kemenhub no. tahun 99 Oleh karena itu persentasi kecelakaan kendaraan terhadap speed bump ini cukup besar. Pada umumna speed bump ini terbuat dari campuran semen dan pasir akan tetapi karena umur dari speed bump tersebut tidak bertahan lama dan Uniersitas Sumatera Utara

2 mudah hancur, saa mencoba memadukan bahan tersebut dengan campuran serat tandan kosong kelapa sawit (tkks), adapun contoh gambar speed bump ang bukan sesuai dengan standar nasional ditunjukkan pada Gbr... (a) (b) Gambar. Contoh Speed bump non-standart (a) bentuk speed bump g seperti kubus, (b) speed bump ang tidak terlihat. Perilaku Mekanik Akibat Beban Tekan Statik Pada umumna material komposit dibentuk dalam dua jenis fasa, aitu fasa matriks dan fasa penguat. Fasa matriks adalah material dengan fasa kontinu ang selalu tidak kaku dan lemah. Sedangkan fasa penguat selalu lebih kaku dan kuat, tetapi lebih rapuh. Penggabungan kedua fasa tersebut ang dilakukan secara makroscopik menghasilkan material ang dapat mendistribusikan beban ang diterima disepanjang penguat, sehingga material menjadi lebih tahan terhadap pengaruh beban tersebut. Penguat pada umumna dalam bentuk serat-serat, rajutan, serpihan, dan partikel, ang dibenamkan kedalam fasa matriks. Penguat merupakan fasa diskontinu ang selalu lebih kuat dan kaku daripada matriks dan merupakan kemampuan utama material komposit dalam menahan beban. Uniersitas Sumatera Utara

3 Respon dapat didefinisikan sebagai suatu reaksi ang timbul akibat dari adana suatu aksi atau gangguan. Sebagai contoh salah satu gangguan ang diberikan terhadap suatu material adalah gaa dan respon ang ditimbulkan akibat gaa ang diberikan tersebut adalah berupa tegangan, regangan, retak, patah, dan lain-lainna. Respon ang dihasilkan tentuna dapat memberikan informasi mengenai sifat dan kerakteristik suatu material tersebut. Penelidikan respon dinamik suatu material atau struktur merupakan rangkaian kegiatan dalam mempelajari perubahan bentuk dan kerusakan akibat pembebanan tertentu. Kegiatan tersebut merupakan tindakan dasar untuk menanggulangi terjadina kegagalan material dalam aplikasi teknik. Salah satu kegiatan ang paling dasar adalah melakukan pengujian dengan pembebanan tertentu terhadap sejumlah sampel. Setelah respon material secara kualitatif diperoleh dari hasil pengujian atau data ang tersedia, maka kesempatan untuk berhasil dalam mendesain suatu struktur tertentu dapat diealuasi [5]. Respon dinamik material disebabkan beberapa faktor bukan hana dibatasi dengan tekanan statik dan dinamik saja melainkan tingkat kapasitas pembebanan segala arah dan beberapa impuls kondisi pembebanan [6]... Beban Tekan Statik Aksial Respon mekanik ang terjadi terhadap concrete foam dapat dilihat melalui tegangan dan regangan. Kura tersebut memberi informasi ang khas untuk setiap jenis pembebanan. Untuk beban statik aksial, tipikal kura tegangan-regangan ditunjukkan pada Gambar.. Disepanjang garis kura terdapat tiga tingkat respon, aitu: Uniersitas Sumatera Utara

4 perilaku elastis (linear-elastic respon), plastisitas (plateau), dan densification ang ditandai dengan peningkatan tegangan ang sangat cepat [7]. Pada fasa pertama (linear-elastic respon) tegangan bertambah secara linear dengan perubahan bentuk dan regangan ang terjadi. Fasa kedua (plateau) adalah karakteristik ang ditandai dengan perubahan bentuk ang kontinu pada tegangan ang relatif konstan ang dikenal dengan stress atau collapse plateau. Dan fasa ketiga deformasi adalah densifikasi, dimana tegangan (stress) meningkat tajam dan foam mulai merespon dengan pemadatan solid. Pada fasa ini struktur sel material foam mengalami kegagalan dan deformasi, selanjutna menerima penekanan dari material foam padat tersebut. Mekanisme ang dikaitkan dengan collapse plateau adalah berbeda-beda tergantung pada sifat dinding sel [8]. Gambar.. Tipikal kura respon tegangan-regangan terhadap material foam akibat beban tekan statik aksial. Untuk foam ang fleksibel, collapse plateau terjadi karena tekuk elastik (elastic buckling) dari dinding sel. Untuk kekakuan dan kegetasan foam, plastic ield dan brittle crushing dinding sel adalah mekanisme utama kegagalan ang Uniersitas Sumatera Utara

5 berulang-ulang. Secara skematis, pengujian beban tekan statik diilustrasikan pada Gambar.. F Δl Gambar.. Diagram uji tekan statik Nilai modulus elastisitas bahan dapat diketahui melalui slope garis elastis linear. Sehingga secara matematis, nilai modulus elastisitas akibat beban statik dapat ditulis dengan menggunakan persamaan (.) [9]. dimana: E = Modulus elastisitas (Pa). ζ = Tegangan normal (Pa). ε = Regangan. Tegangan normal akibat beban tekan aksial dapat ditentukan dengan persamaan (.). dimana: F = Beban tekan (N). A = Luas penampang ang dikenai beban tekan (m ). Regangan akibat beban statik tekan tersebut diperoleh dengan persamaan (.). Uniersitas Sumatera Utara

6 dimana: Δl = perubahan panjang ang terjadi (m). l = Panjang awal (mula-mula) (m). Dengan mensubsitusi persamaan (.) dan (.) ke persamaan (.), maka diperoleh persamaan (.).... Distribusi Tegangan Akibat Beban Tekan Statik Untuk mengetahui besarna distribusi tegangan dan regangan ang terjadi diseluruh permukaan concrete foam ini diperlukan simulasi numerik dengan menggunakan software ANSYS. Mechanical APDL Geometri dan definisi fisik Geometri dan definisi fisik pada proses simulasi menggunakan software Anss.5 dapat diartikan sebagai berikut: a. Jenis Material Tergantung pada jumlah penusun atau fasa. Suatu material dapat disebut satu fasa (single phase), dua fasa (two phase), tiga fasa (three phase) dan multi fasa (multi phase). Perbedaan fasa dalam struktur komposit memiliki fisik dan sifat mekanikal berbeda serta karakteristik dimensi jauh lebih besar dari molekul atau dimensi butir []. Uniersitas Sumatera Utara

7 b. Homogeneit Sebuah material dikatakan homogen jika sifat-sifatna adalah sama pada setiap titik atau tidak tergantung pada lokasi. Konsep homogeneit dikaitkan dengan sebuah skala atau karakteristik olume dan definisi dari sifat-sifat ang terkait. Tergantung pada skala dan olume ang diteliti, material dapat lebih homogen atau kurang homogen. Jika ada ariabilitas rendah dari titik ke titik dalam skala makroskopik, material tersebut digolongkan pada quasi homogeneous. c. Heterogeneit or Inhomogeneit Suatu material dikatakan heterogen atau tidak homogen jika sifat-sifatna beragam dari titik ke titik. Sama seperti kasus diatas, konsep heterogeneit dikaitkan dengan karakteristik olume. Jika skala mengalami kekurangan, suatu material dapat digolongkan homogen, quasi homogen atau heterogen. d. Isotropik Banak sifat material, seperti kekakuan, kekuatan, ekspansi termal, dan konduktifitas termal ang dihubungkan dengan sebuah arah atau sumbu. Suatu material katakan isotropik ketika sifat-sifatna sama ke semua arah atau tidak tergantung pada orientasi sumbu referensi. e. Anisotropik/Orthotropik Suatu material dikatakan anisotropik ketika sifat-sifatna pada tiap titik berbeda dengan arah atau tergantung pada sumbu orientasi referensi. Jika sifat-sifat material sepanjang arah adalah sama seperti sepanjang sebuah Uniersitas Sumatera Utara

8 arah simetri dengan sebuah bidang, bidang tersebut didefinisikan sebagai bidang material simetri (plane of material smmetric). Sebuah material boleh memiliki nol, satu, dua, tiga, atau tak terhingga dari bidang simetri material melalui satu titik. Suatu material tidak memiliki bidang simetri disebut general anisotropic. Pada releansi khusus dari komposit material adalah orthotropik material, akni material-material memiliki lebih kurang tiga bidang simetri ang sama.. Metode Elemen Hingga Metode elemen hingga merupakan metode ang digunakan oleh para engineer untuk menelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis ang dihadapina. Adapun permasalahan teknik dan problem matematis ang dapat diselesaikan dengan menggunakan metode elemen hingga dapat dibagi dalam dua kelompok, aitu 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. Dalam persoalan-persoalan ang menangkut geometri ang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struktur ang komplek, pada umumna sulit dipecahkan melalui analisa matematika. Hal ini disebabkan karena analisa matematika memerlukan besaran atau harga ang harus diketahui pada setiap titik pada struktur ang dikaji []. Penelesaian analisis dari suatu persamaan differensial suatu geometri ang komplek, pembebanan ang rumit, tidaklah mudah diperoleh. Formulasi dari Uniersitas Sumatera Utara

9 metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini. Metode ini akan mengadakan pendekatan terhadap harga-harga ang tidak diketahui setiap titik secara diskrit. Mulai dengan pemodelan dari suatu benda dengan membagi-bagi dalam bagian ang kecil ang secara keseluruhan masih mempunai sifat ang sama dengan benda ang utuh sebelum terbagi dalam bagian ang kecil (diskritisasi). Secara umum langkah-langkah ang dilakukan dalam metode elemen hingga dapat dijelaskan sebagai berikut:. Pemilihan tipe elemen dan diskritisasi Tipe elemen ang digunakan dalam metode elemen hingga ini aitu: elemen segitiga dan segi empat untuk kasus dua dimensi, sedangkan kasus-kasus tiga dimensi digunakan elemen tetrahedral, heksagonal, dan balok. Selanjutna bagilah benda tersebut dalam elemen-elemen, langkah ini disebut langkah diskritisasi.. Pemilihan fungsi pemindahan/fungsi interpolasi Jenis-jenis fungsi ang sering digunakan adalah fungsi linear, fungsi kuadratik, kubik, atau polinomial derajat tinggi.. Mencari hubungan strain-displacement dan stress-strain Sebagai contoh untuk kasus satu dimensi berlaku persamaan (.5) dan (.6). Menurunkan persamaan (.6) dapat kita tinjau sebuah elemen kecil d d d dari sebuah benda seperti pada gambar.. Apabila benda tersebut Uniersitas Sumatera Utara

10 mengalami perubahan bentuk dan u,, w, merupakan komponen perpindahan titik P maka satuan perpanjangan (unit elongation) pada titik P dalam arah sumbu adalah. d d P d Gambar.5. Elemen d, d, d 5. Gunakan persamaan kesetimbangan (.7). 6. Selesaikan persamaan (.7), dengan menghitung harga ang belum diketahui. 7. Hitung stress dan strain dari setiap elemen [6].... Elemen Tetrahedral Bentuk elemen tetrahedral ditunjukan pada Gambar.6.,w,,u Uniersitas Sumatera Utara

11 Gambar.6. Bentuk elemen solid tetahedral Displacement {d} adalah:.. } { w u w u d.. (.8) Fungsi displacement u adalah: 6 u u u u u... (.9) dimana 6 dihitung dari harga determinan matriks pada persamaan (.) (.) menatakan olume dari elemen tetrahedral. Koefisien koefisien α i, βi,δi, ( i =,,, ) dapat dihitung dengan persamaan (.) sampai (.9) (.)... (.) Uniersitas Sumatera Utara

12 ... (.)... (.)... (.5).. (.6)... (.7).. (.8) Fungsi displacement dalam kaitanna dengan fungsi bentuk N diperoleh melalui persamaan (.). N 6 N 6 N 6 N 6...(.) Uniersitas Sumatera Utara

13 Strain dari elemen untuk kasus stress tiga dimensi diberikan dalam persamaan (.). d B...(.) B...(.) Hubungan stress- strain dapat diketahui melalui persamaan (.) D...(.) dimana D adalah: E D... (.). Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brailian Test) Untuk mengetahui kuat tarik belah dari benda uji disesuaikan dengan SK SNI []. Ada dua metode ang dapat dipergunakan untuk mengetahui kuat tarik batuan di laboratorium, aitu metode kuat tarik langsung dan metode kuat tarik tak langsung. Metode kuat tarik tak langsung merupakan uji ang paling sering digunakan. Hal ini disebabkan oleh uji ini lebih mudah dan Uniersitas Sumatera Utara

14 murah daripada uji kuat tarik langsung. Salah satu uji kuat tarik tak langsung adalah Brailian test. Pada uji Brailian, kuat tarik batuan dapat ditentukan berdasarkan persamaan: F... (.5). D. L Keterangan : ζ t = Kuat tarik batuan (MPa) F = Gaa maksimum ang dapat ditahan batuan (KN) D = Diameter contoh batuan (mm) L = Tebal batuan (mm).5. Prinsip Dasar Analisa SEM Prinsip dasar analisa SEM ialah interaksi elektron dan sampel akibat percepatan elektron ang membawa sejumlah energi kinetik ang dilepaskan sebagai ariasi sinal. Sinal-sinal ini terdiri dari elektron-elektron sekunder ang menghasilkan gambar, elektron-elektron backscatter, elektron-elektron backscatter difraksi ang digunakan untuk menentukan struktur kristal material, photon ang digunakan untuk analisis elemental dan rangkaian sinar X, cahaa tampak, dan panas. Elektron-elektron sekunder dan backscattered pada umumna digunakan untuk penggambaran objek sampel. Elektron sekunder lebih khusus berfungsi untuk menampilkan morpologi dan topografi sampel. Sedangkan elektron Uniersitas Sumatera Utara

15 backscattered secara khusus berfungsi untuk menampilkan perbandingan dalam komposisi sampel multifasa..6 Perangkat Lunak Analisis Elemen Hingga Elemen hingga adalah idealisasi matematika terhadap suatu sistem dengan membagi objek menjadi elemen-elemen diskrit ang kecil dengan bentuk ang simpel. Metode elemen hingga adalah teknik ang sangat dominan pada structural mechanics. Ada banak perangkat lunak analisis elemen hingga ang digunakan di industri saat ini dari beraneka disiplin ilmu teknik termasuk mechanical engineering. Dan solusi ang tepat untuk masalah-masalah itu adalah CAD/ CAE. CAD (Computer Aided Design) atau Merancang Berbantuan Komputer adalah proses perancangan model ang cepat dan akurat, sedangkan CAE (Computer Aided Engineering) atau Rancang-Bangun Berbantuan Komputer adalah proses analisis dan simulasi tegangan ang mudah dan efektif..6. Anss ANSYS adalah suatu perangkat lunak komputer umum ang mampu menelesaikan persoalan-persoalan elemen hingga dari pemodelan hingga analisis. Anss ini digunakan untuk mensimulasikansemua disiplin ilmu fisika baik statis maupun dinamis, analisis struktural (kedua-duana linier dan nonliner), perpindahan panas,dinamika fluida, dan elektromagnetik untuk para engineer. Jadi anss, hal ang memungkinkan untuk mensimulasikan tes atau kondisi kerja, memungkinkan untuk menguji dalam lingkungan irtual sebelum pembuatan produkprototipe. Selanjutna, menentukan dan memperbaiki titik Uniersitas Sumatera Utara

16 lemah, komputasi hidup dan meramalkan kemungkinan masalah ang mungkin dengan simulasi D dalam lingkungan irtual. Anss dapat mengimpor data CAD dan juga memungkinkan untuk membangun geometri dengan kemampuan ang "preprocessing". Demikian pula dalam preprocessor ang sama, elemen hingga model (jaring alias) ang diperlukan untuk perhitungan dihasilkan. Setelah mendefinisikan beban dan melakukan analisis, hasil dapat dilihat sebagai numerik dan grafis..6. Cara Kerja Anss ANSYS bekerja dengan sistem metode elemen hingga, dimana penelesaianna pada suatu objek dilakukan dengan memecah satu rangkaiankesatuan menjadi bagian-bagian ang lebih kecil dan dihubungkan dengan node. Hasil ang diperoleh dari anss ini berupa pendekatan dengan menggunakan analisa numerik. Ketelitianna sangat bergantung pada cara kita memecah model tersebut dan menggabungkanna. Secara umum, suatu solusi elemen hingga dapat dipecahkan dengan mengikuti tahap ini. Ini merupakan panduan umum ang dapat digunakan untuk menghitung analisis elemen hingga.. Preprocessing: langkah-langkah dalam preprocessing aitu: Mendefinisikan titik point, garis, luas, olume Mendefinisikan jenis elemen dan bentuk material/geometri Uniersitas Sumatera Utara

17 Menghubungkan garis, luas, olume sesuai kebutuhan.. Solusi: menetapkan beban, perletakan dan menjalankan analisis; beban ang ada berupa beban terpusat dan terbagi rata, perletakan ( translasi dan rotasi) dan terakhir menjalankan analisisna.. Postprocessing: proses lebih lanjut dan menampilkan hasil analisisna; dalam hal ini dapat ditampilkan: Tabel perpindahan nodal Tabel gaa dan momen Defleksi (penurunan) Diagram kontur tegangan dan regangan. Uniersitas Sumatera Utara