BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. Komposit adalah bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Komposit Komposit adalah bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang berlainan digabung (Kroschwitz, 1987). K.Van Rijswijk et.al dalam bukunya Natural Fibre Composites (2001) menjelaskan komposit adalah bahan hibrida yang terbuat dari resin polimer diperkuat dengan serat, menggabungkan sifat-sifat mekanik dan fisik. Ilustrasi ikatan dan sifat fisik polimer dapat dilihat pada gambar 2.1. 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 2.1 Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit Material komposit mempunyai beberapa keuntungan diantaranya [7]: 1. Bobotnya ringan 2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik 3. Biaya produksi murah 8

2 4. Tahan korosi Komposit dikenal sebagai bahan teknologi karena diperoleh dari hasil teknologi pemrosesan bahan. Kemajuan teknologi pemrosesan bahan komposit, 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 berpenguat serat adalah untuk memindahkan tegangan (stress) antara serat, memberikan ketahanan terhadap lingkungan yang 9

3 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 filler (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 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, molibdenum, 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 10

4 Terdiri dari matrik termoset seperti polyester tidak jenuh dan epoxiy atau termoplastik seperti Polycarbonate, polivinilklorida, 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, stereofoam, baja, sebuk kertas, dan batu apung Teknik pembuatan material komposit Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan penggunaan suhu dan tekanan yang tinggi. Penggabungan material matriks 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 11

5 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. 2.2 Beton Berdasarkan SNI , pengertian beton adalah campuran antara semen Portland atau semen hidraulik lainnya, agregat halus, agregat kasar, dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan yang membentuk masa padat. Beton disusun dari agregat kasar dan agregat halus [8]. Agregat halus yang digunakan biasanya adalah pasir alam maupun pasir yang dihasilkan oleh industri pemecah batu, sedangkan agregat kasar yang dipakai biasanya berupa batu alam maupun batuan yang dihasilkan oleh industri pemecah batu Berdasarkan SNI , material beton yang dapat digunakan dalam konstruksi bangunan tahan gempa adalah beton dengan kuat tekan minimal mencapai 20 MPa (200 kg/cm 2 ) dengan benda uji silinder, atau (200/0,83=241 kg/cm 2 ) jika digunakan benda uji kubus. Berdasarkan ketentuan diatas, teori beton konvensional, yang mensyaratkan proporsi campuran adukan beton yang didasarkan pada perbandingan volume dengan proporsi 1 semen : 2 pasir : 3 kerikil untuk beton biasa, dan 1 semen : 1,5 12

6 pasir : 2,5 kerikil untuk beton kedap air, menjadi suatu hal yang tidak dapat diterima, mengingat cara tersebut diatas hanya aman untuk diterapkan pada beton dengan kuat tekan kurang dari 20 MPa dan nilai slump tidak boleh lebih dari 100 mm. Oleh karena itu, pembuatan adukan beton harus didasarkan perbandingan berat, yang dihitung dengan suatu metode perhitungan baku, dengan memperhatikan karakteristik setiap bahan penyusunnya, sebagaimana diatur dalam SNI Hal ini dimaksudkan agar diperoleh beton yang: a. Memenuhi kuat tekan minimal yang disyaratkan, b. Kekentalan yang sesuai sehingga beton mudah diaduk, dituang, dipadatkan, dan diratakan, c. Tahan lama atau awet, d. Tahan aus, dan e. Ekonomis. Adapun faktor-faktor yang membuat beton banyak digunakan karena memiliki keunggulan-keunggulannya antara lain: 1. Kemudahan pengolahannya: yaitu dalam keadaan plastis, beton dapat diendapkan dan diisi dalam cetakan. 2. Material yang mudah didapat: Sebagian besar dari material- material pembentuknya, biasanya tersedia dilokasi dengan harga murah atau pada tempat yang tidak terlalu jauh dari lokasi konstruksi. 3. Kekuatan tekan tinggi: Seperti juga kekuatan tekan pada batu alam, yang membuat beton cocok untuk dipakai sebagai elemen yang terutama memikul gaya tekan, seperti kolom dan konstruksi busur. 13

7 4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari kelebihan beton. Sampai saat ini beton masih menjadi pilihan utama dalam pembuatan struktur. Sifat-sifat dan karakteristik material penyusun beton akan mempengaruhi kinerja beton yang dibuat. Kinerja beton ini harus disesuaikan dengan kelas dan mutu beton yang dibuat. Sehingga dalam penggunaannya dapat disesuaikan dengan bangunan ataupun kontruksi yang akan dibangun untuk mendapatkan hasil yang memuaskan dan sesuai dengan dibutuhkan. 2.3 Beton Ringan Beton ringan merupakan beton yang mempunyai berat jenis beton yang lebih kecil dari beton normal. Pada dasarnya, semua jenis beton ringan dibuat dengan kandungan rongga dalam beton dengan jumlah besar. Menurut SNI , beton ringan adalah beton yang mengandung agregat ringan dan mempunyai berat jenis tidak lebih dari 1900 kg/m 3 [9]. Oleh karena itu, berdasarkan cara mendapatkan beton ringan menurut Tjokrodimuljo (1996), beton ringan dapat dibedakan menjadi 3 jenis dasar sebagai berikut [10]: 1. Beton agregat ringan 2. Beton busa 3. Beton tanpa agregat halus (non pasir) Menurut Tjokrodimuljo (2003), beton ringan adalah beton yang mempunyai berat jenis beton antara kg/m 3 [11]. Berdasarkan berat jenis dan pemakaiannya beton dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok seperti yang ditunjukan dalam Tabel

8 Tabel 2.1 Jenis-jenis beton berdasarkan berat jenis dan pemakaiannya Jenis Beton Berat Jenis Beton (kg/m 3 ) Pemakaian Beton Sangat Ringan <1000 Non Struktur Beton Ringan Struktur Ringan Beton Normal Struktur Beton Berat >3000 Perisai Sinar X Menurut SK SNI beton yang memakai agregat ringan atau campuran agregat kasar ringan dan pasir alami sebagai pengganti agregat halus ringan dengan ketentuan beton dengan berat jenis dibawah 1850 kg/m 3 dan harus memenuhi ketentuan kuat tekan dan kuat tarik belah beton ringan dengan tujuan structural kuat tekan minimum 17,24 MPa dan maksimum 41,36 MPa. Sedangkan beton isolasi adalah beton ringan yang mempunyai berat isi kering oven maksimum 1440 kg/m 3 [12]. Dengan kuat tekan maksimum 17,24 MPa dan kuat tekan. minimumnya adalah 6,68 MPa. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Jenis-jenis beton ringan berdasarkan kuat tekan, berat beton, dan agregat penyusunnya. Konstruksi Beton Ringan Beton Ringan Jenis Agregat Ringan Kuat Tekan (MPa) Berat Jenis (kg/m 3 ) Struktural Minimum Maksimum 17,24 41, Agregat yang dibuat melalui proses pemanasan batu serpih, batu apung, batu sabak, terak besi atau abu terbang; Struktural Ringan Minimum Maksimum Struktur sangat ringan, sebagai isolasi, maksimum 6,89 17, Agregat mangan alami seperti scoria atau batu apung 800 Pendit atau vermikulit 15

9 Menurut Dobrowolski (1998), beton ringan mempunyai berat jenis di bawah 1900 kg/m 3 [13]. Menurut Neville dan Brooks (1987), beton ringan mempunyai berat jenis di bawah 1800 kg/m 3 [14]. Jenis -jenis beton ringan menurut Dobrowolski (1998) dan Neville dan Brooks (1987) dapat dikelompokkan sesuai Tabel 2.3 dibawah ini. Tabel 2.3 Jenis-jenis beton ringan menurut Dobrowolski (1998) dan Neville and Brooks (1987) Sumber Jenis Beton Ringan Berat Jenis Beton (kg/m 3 ) Kuat Tekan (MPa) Beton dengan berat jenis rendah (Low- Density Concretes) ,35-6,9 Dobrowolski (1998) Beton ringan dengan kekuatan menengah (Moderates-Strength Lightweight Concretes) Beton ringan struktur (Structural Lightweight Concretes) ,9-17, >17,3 Neville and Brooks (1987) Beton ringan penahan panas (Insulting Concrete) Beton ringan untuk pemasanan batu (Masonry Concretes) Beton ringan struktur (Structural Lightweight Concretes) <800 0, > Material Komposit 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 16

10 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 2.4 di bawah ini. Tabel 2.4. Komposisi Concrete Foam Tipe Semen Foaming Agent Pasir (gr) Air (gr) (gr) (gr) TKKS % Gr A1 2,267 2,267 1, A2 2,267 2,267 1, A3 2,267 2,267 1, A4 2,267 2,267 1, A5 2,267 2,267 1, % B1 2,267 3,400 1, B2 2,267 3,400 1, B3 2,267 3,400 1, B4 2,267 3,400 1, B5 2,267 3,400 1, % C1 2,267 4,533 1, C2 2,267 4,533 1, C3 2,267 4,533 1, C4 2,267 4,533 1, C5 2,267 4,533 1, Semen Berdasarkan SNI menyebutkan bahwa semen Portland adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menggiling terak semen portland terutama yang terdiri atas kalsium silikat yang bersifat hidrolis dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk kristal senyawa kalsium sulfat dan boleh ditambah dengan bahan tambahan lain [15]. 17

11 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 : 1. 3CaO.SiO2 (tricalcium silikat) 2. 2CaO.SiO2 (dicalcium silikat) 3. 3CaO.Al2O3 (tricalcium aluminate) 4. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (tetracalcium alummoferrit) Faktor semen sangatlah mempengaruhi karakteristik campuran beton. Kandungan semen hidraulis 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 hidrulik rendah akan lebih lemah dan mudah dalam pergerakan. 18

12 2.4.2 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 stresses dan shrinkage cracks. Umumnya untuk beton dengan kekuatan lebih dari 20 MPa ukuran agregatnya lebih dari 40mm dan untuk kekuatan diantara 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, 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 (WCR). Air yang dapat digunakan dalam proses pencampuran beton adalah sebagai berikut. 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 19

13 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 hingga mencapai ukuran 0,1-0,8mm. Bahan-bahan penyusun TKKS dapat dilihat pada Tabel 2.5 [16]. Tabel 2.5 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 20

14 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. 2.5 Parking Bumber 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 lainlain. 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 2.2 di bawah ini [17]. Gambar 2.2. Parking bumper 21

15 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 Parking bumper ini berbentuk polygon (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 roda empat atau lebih (mobil). 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 ataupun 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 2.3 berikut ini. Gambar 2.3. Ilustrasi pembebanan pada parking bumper tipe 1 22

16 Gambar 2.4 Ilustrasi pembebanan pada parking bumper tipe 2 Untuk menganalisa distribusi gaya dapat diasumsikan bahwa W tersebut adalah berat bobot mobil, dan P adalah gaya normal yang selanjutnya kita beri nama gaya tekan yang terjadi pada parking bumper. Analisa gaya yang terjadi pada parking bumper dapat diuraikan seperti pada Gambar 2.5 dan 2.6 di bawah ini. Gambar 2.5. Analisa gaya yang diterima parking bumper tipe 1 Gambar 2.6 Analisa gaya yang diterima parking bumper tipe 2 23

17 Free Body Diagram dari gambar analisa gaya-gaya yang diterima pada cover parking bumper diatas terlihat pada Gambar 2.7 di bawah ini. Gambar 2.7 Free body diagram gaya yang bekerja pada parking bumper Analisa gaya yang bekerja pada cover parking bumper 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,

18 Maka besar gaya tekan yang diterima oleh cover parking 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 Zulfadli, ST yang melakukan riset tentang parking bumper dan telah melakukan pengujian pada mobil yang akan parkir memiliki kecepatan ratarata mobil adalah 5 km/jam. Dan perlambatan waktu saat parkir hingga berhenti adalah 4 detik. Analisa gaya yang bekerja pada cover parking bumper diasumsikan dalam kondisi dinamik dengan kecepatan ν = 5 km/jam, waktu t = 4 detik dan gaya gesek µ s = 0.8. Perhitungan di atas dapat ditulis pada persamaan 2.3 di bawah ini [18]: 25

19 Fx = m a F.Cos α w Sin α Fs =0.(2.3) m a Cos 45 - m g Sin 45 - µ s N = ,345 0, ,81 0,7071 0,8 N = 0 97, ,6604 0,8 N = ,0806 0,8 N = 0 N =,, N = 33463,50775 Dengan menggunakan persamaan 2.2 dan luas area kontak ban diketahui sebesar 2000 mm², maka diperoleh gaya tekan dinamik sebagai berikut, σ = σ =, ² σ = 1,6731 Mpa Keterangan: N = Gaya tekan (N). W = Berat benda (N). m = Massa (Kg). g = Percepatan gravitasi (m/s 2 ). 26

20 v = Kecepatan (m/s). = Sudut kemiringan (⁰). fs = Gaya gesek (N). μ s = Koefisien gesek. Penggunaan parking bumper bertujuan untuk menghindari terjadinya senggolan saat kenderaan diparkir sehingga senggolan dilokasi parkir dapat dikurangi, menciptakan keteraturan lokasi parkir, sehingga pemilik kenderaan merasa nyaman ketika meninggalkan kenderaan tersebut diperparkiran, sebuah kenderaan dalam posisi parkir seperti terlihat pada Gambar 2.8 di bawah ini Gambar 2.8 Kendaraan Dalam Posisi Parkir Bentuk dasar dari parking bumper yang ada di pasaran adalah trapesium padat. Bentuk desain dasar yang dikembangkan dapat dilihat pada Gambar 2.9 berikut ini. Gambar 2.9. Desain Parking bumper 27

21 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 [17]. 2.6 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, dan lain-lainnya. Respon yang dihasilkan tentunya dapat memberikan informasi mengenai sifat dan kerakteristik 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. 28

22 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 Disepanjang 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 (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 foam mulai merespon dengan pemadatan solid. Pada fasa ini struktur sel material foam mengalami kegagalan dan deformasi, selanjutnya menerima penekanan dari material foam padat tersebut. Mekanisme yang dikaitkan dengan collapse plateau adalah berbeda-beda tergantung pada sifat dinding sel [19]. Gambar 2.10 Tipikal kurva respon tegangan-regangan akibat beban tekan statik aksial. 29

23 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 berulangulang. Secara skematis, pengujian beban tekan statik diilustrasikan pada Gambar Gambar 2.11 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 (2.4). = (2.4) dimana: E = Modulus elastisitas (Pa) σ = Tegangan normal (Pa) ε = Regangan Tegangan normal akibat beban tekan ditentukan dengan persamaan (2.5). 30

24 = (2.5) dimana: F = Beban tekan (N). A = Luas penampang yang dikenai beban tekan (m 2 ). Regangan akibat beban statik tekan diperoleh dengan persamaan (2.6). = l l. (2.6) dimana: Δl = perubahan panjang yang terjadi (m). l = Panjang awal (m). Dengan mensubsitusi persamaan (2.4) dan (2.5), ke persamaan (2.6), maka diperoleh persamaan (2.7). = l =. l. l. l (2.7). 2.7 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), 31

25 getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan komponen mekanika. Dengan Software ANSYS, kita dapat mengimport geometri CAD (Computer Aided Design) atau dengan membuat geometri sendiri dengan Software 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 [20]. Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struktur yang rumit, 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 rumit, pembebanan yang rumit, tidaklah mudah diperoleh. Formulasi dari 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 bagian yang kecil yang secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi dalam bagian yang kecil (diskrisasi). 32

26 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.. Dari hasil simulasi statik diperolehj 2. Pemilihan fungsi pemindahan / fungsi interpolasi Jenis-jenis fungsi yang sering digunakan adalah fungsi linear, fungsi kuadratik, kubik, atau polinomial derajat tinggi. 3. Mencari hubungan strain-displacement dan stress-strain. 33