BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. Speed bump (pembatas kecepatan kendaraan) adalah bagian jalan yang

Transkripsi

1 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 2.1 Speed 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 Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 3 Tahun 1994 tentang Alat 8

2 Pengendali dan Pengaman Pemakai Jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi maksimum Pembatas kecepatan kendaraan adalah 15 cm dan sudut kemiringan 15. Speed Bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Speed bump akan 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 Bump yang 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 bump ditempatkan 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. Gambar 2.2. Desain Standar Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) 9

3 Pada proses pemakaian Speed 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 pada Speed Bump dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.4 di bawah ini. F cos α N F F sin α fs W sin α W cos α W Gambar 2.4. Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat pertama melintas. 10

4 Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada Speed Bump diatas terlihat pada Gambar 2.5 di bawah ini. Gambar 2.5 Free body diagram gaya yang bekerja pada Speed Bump. Analisa gaya yang bekerja pada Speed Bump diasumsikan 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 Sin α + W Cos α N = 0 (2.1) W Cos α N = 0 N = W Cos α N = m g Cos α N = 400 9,81 0,7071 N = 2774,6604 N 11

5 Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Speed Bump dengan luas area kontak ban mobil 2000 mm 2 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 mm 2, maka diperoleh gaya tekan statik sebagai berikut. σ = σ =, σ = 1,3873 Mpa Dari penelitian W. Ciptian [6] yang melakukan riset tentang Speed Bump dan telah melakukan pengujian pada mobil yang akan melintasi speed bump memiliki kecepatan rata-rata mobil adalah 5 km/jam. Analisa gaya yang bekerja pada Speed Bump diasumsikan 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 FCos α w Sin α Fs =0 (2.3) 12

6 m a Cos 45 - m g Sin 45 - µ s N = ,138 0, ,81 0,7071 0,8 N = 0 39, ,6604 0,8 N = , ,8 N = 0 N = , ,8 N = ,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 2000 mm 2 σ = 1, Mpa Keterangan: P = Gaya tekan (N). W = Berat benda (N). m = Massa (Kg). g = Percepatan gravitasi (m/s 2 ). 13

7 v = Kecepatan (m/s). = Sudut kemiringan (⁰). 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 pada Speed Bump dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.6 di bawah ini. N F W Gambar 2.6 Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat ban melintas pada titik puncak Speed Bump. Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada Speed Bump diatas terlihat pada Gambar 2.7 di bawah ini. 14

8 N W Gambar 2.7 Free body diagram gaya yang bekerja pada saat di atas Speed Bump. Analisa gaya yang bekerja pada Speed Bump diasumsikan 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 = N ( ) Maka besar gaya tekan yang diterima oleh Speed Bump dengan luas area kontak ban mobil 2000 mm 2 dapat dihitung dengan persanaan 2.2 di bawah ini: σ =. (2.5) 15

9 Dimana F = Gaya [N] A= Luas permukaan [mm²] Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak ban diketahui sebesar 2000 mm 2, maka diperoleh gaya tekan statik sebagai berikut. σ = σ = N 2000 mm 2 σ = 1,96 Mpa Keterangan: P = Gaya tekan (N). W = Berat benda (N). m = Massa (Kg). g = Percepatan gravitasi (m/s 2 ). v = Kecepatan (m/s). = Sudut kemiringan (⁰). fs = Gaya gesek (N). μ s = Koefisien gesek. 2.2 Bahan Komposit 16

10 Komposit adalah campuran dua material atau lebih yang dicampur secara makroskopik untuk menghasilkan suatu material baru. Artinya penggabungan sifatsifat 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. Matriks + Penguat/serat = Komposit 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. 17

11 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 menurunkan biaya produksi. Hal ini dapat dicapai karena murahnya biaya yang 18

12 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 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 seperti Polycarbonate, Polivinil klorida, Nylon, Polysterene dan 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 Teknik Pembuatan Material Komposit Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan penggunaan suhu dan tekanan yang tinggi. Penggabungan material matriks 19

13 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. 2.3 Material Komposit Concrete Foam 20

14 Pada Komposit Concrete Foam, materialnya terdiri dari Semen, pasir, air, blowing agent dan serat TKKS. Blowing agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah Surfaktan [1] Semen Kata semen berasal dari caementum (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 membentuk clinkernya, 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) - 2CaO.SiO2 (dicalcium silikat) 21

15 - 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 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 Air Air digunakan untuk membuat adukan menjadi bubur kental dan juga sebagai bahan untuk menimbulkan reaksi pada bahan lain untuk dapat mengeras. Air diperlukan pada pembuatan beton untuk memicu proses kimiawi semen, 22

16 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 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: 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 serat TKKS yang belum dicacah adalah cm dan serat ini dihaluskan lagi 23

17 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 Protein Serat Minyak Kelarutan air Kelarutan unsur alkali 1 % Debu K 1,71 9. Ca 0, Mg 0, P 0, Mn, Zn, Cu, Fe 1,07 TOTAl 100,00 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% dan Hemiselulose 19,28%. 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 Di dalam bidang ilmu teknologi beton dikenal adanya istilah beton ringan 24

18 (Light Weight Concrete). Pembuatan beton ringan dengan pemakaian aggregat ringan dimulai sejak munculnya aggregat 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 Aggregate Expanded Shale, dan dipakai untuk konstruksi kapal serta perahu. Beton ringan bertulang tersebut mempunyai kekuatan MPa dan berat isi 1760 kg/m 3. 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/m kg/m 3 ) 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 dengan menggunakan agregat ringan butiran halus maupun kasar. b. Beton Ringan Pasir (Sand-Light Weight Concrete). 25

19 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/m kg/m 3 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/m 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 kg/m 3 yang dapat dipakai sebagai beton struktural jika bersifat mekanik (kuat tekan) dapat memenuhi syarat 26

20 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. 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 kg/m 3. 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. 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 kg/m 3 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 akibat gaya yang diberikan tersebut adalah berupa tegangan, regangan, retak, patah, 27

21 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 mm, 1 MPa = 10 kg/cm 2. 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), dan densification yang ditandai dengan peningkatan tegangan yang sangat cepat. Pada fasa pertama (linearelastic 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 Foam mulai merespon dengan pemadatan solid. Pada fasa ini struktur sel material Foam mengalami kegagalan dan deformasi, selanjutnya menerima penekanan dari material Foam 28

22 padat tersebut. Mekanisme yang dikaitkan dengan collapse plateau adalah berbedabeda tergantung pada sifat dinding sel [9]. Gambar 2.9 Tipikal kurva respon tegangan-regangan akibat beban tekan statik aksial. Untuk Foam yang fleksibel. Collapse Plateau terjadi karena tekuk elastik (Elastic Buckling) dari dinding sel. Untuk kekakuan dan kegetasan Foam, Plastic Yield dan Brittle Crushing dinding sel adalah mekanisme utama kegagalan yang berulang-ulang. Secara skematis, pengujian beban tekan statik diilustrasikan pada Gambar 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 dapat ditulis dengan menggunakan persamaan (2.6). E s (2.6) 29

23 dimana: E = Modulus elastisitas (Pa) σ = Tegangan normal (Pa) ε = Regangan Tegangan normal akibat beban tekan ditentukan dengan persamaan (2.7). F A....(2.7) dimana: F = Beban tekan (N). A = Luas penampang yang dikenai beban tekan (m 2 ). Regangan akibat beban tekan statik diperoleh dengan persamaan (2.8)......(2.8) dimana: Δl = perubahan panjang yang terjadi (m). l = Panjang awal (mula-mula) (m). Dengan mensubsitusi persamaan (2.6) dan (2.7), ke persamaan (2.8), maka diperoleh persamaan (2.10). E F....(2.10) 30

24 F A E 2.6. Simulasi Numerik Untuk menyelesaikan permasalahan numerik digunakan alat bantu Software ANSYS. Program ANSYS ini dikembangkan di Amerika Serikat oleh National Aeronautics and Space Administration (NASA). Perangkat Schwendler Corporation adalah 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 dengan ANSYS. Metode elemen hingga merupakan metode yang digunakan oleh para Engineer untuk menyelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis 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. Penyelesaian analisis dari suatu persamaan differensial suatu geometri yang komplek, pembebanan yang rumit, tidaklah mudah diperoleh. Formulasi dari 31

25 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 membagibagi dalam 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 kuadratik, kubik, atau polinomial derajat tinggi. 32