SKRIPSI. Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik INDRA GUNAWAN NIM

Transkripsi

1 ANALISA PERILAKU KERETAKAN SAMBUNGAN PADA PENUTUP DRAINASE SEKALIGUS SEBAGAI PARKING BUMPER PADUAN BAHAN CONCRETE FOAM DIPERKUAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI PROGRAM ANSYS SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik INDRA GUNAWAN NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 ABSTRAK Produk penutup drainase yang tidak baik dapat membahayakan pengguna jalan, selain itu dapat berakibat buruk pada lingkungan seperti sampah menumpuk di saluran air, saluran air tumpat, kecelakaan, dan lainya. Penelitian ini berfokus pada pembuatan produk penutup drainase yang dipadukan dengan parking bumper sebagai alat bantu untuk perhentian kendaraan. Produk tersebut dibuat dengan material concrete foam yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) agar diperoleh struktur yang lebih baik dan ringan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mensimulasi pembebanan statik pada cover parking bumper dari bahan concrete foam yang diperkuat serat TKKS dengan menggunakan software Ansys. Pada penelitian ini spesimen yang akan diuji 2 model dan disimulasi statik pada sisi samping untuk mengetahui distribusi tegangan pada penutup drainase sekaligus sebagai parking bumper. Penutup drainase sekaligus sebagai parking bumper didesain dengan menggunakan software Autocad dan disimulasi menggunakan software Ansys untuk dibandingkan distribusi tegangannya. Dimensi produk Tipe 1 adalah dan Tipe 2 adalah Dari hasil simulasi statik diperoleh tegangan maksimum paling kecil terdapat pada tipe 1 dengan material sambungan concrete yaitu sebesar 2,042 MPa, normal stress x axis maksimum paling kecil sebesar 0,40682 MPa, normal stress y axis maksimum paling kecil sebesar 0,15539 MPa. Dari hasil simulasi dinamik diperoleh tegangan maksimum paling kecil terdapat pada tipe 1 dengan material sambungan concrete yaitu sebesar 2,34184 MPa, normal stress x axis maksimum paling kecil sebesar 0,52655 MPa, normal stress y axis maksimum paling kecil sebesar 0,26623 MPa. Kata kunci : Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit, Penutup Drainase, parking bumper, concrete foam, software ansys, simulasi statik, simulasi dinamik. i

12 ABSTRACT Faulty cover drainage products can endanger road users, but it can be bad environment as garbage piled up in drainage, drains upset, accident, and others. This study focuses on the manufacture of products cover drainage with the parking bumper as a tool to stop the vehicle. The product is made with foam material fiber reinforced concrete oil palm empty fruit bunches (EFB) to get a better structure and lightweight. The purpose of this study is to simulate the static loading on the cover drainage as parking bumper of fiber reinforced concrete foam material EFB using ansys software. In this study specimens to be tested 2 models and simulated static on the side to determine stress distribution on the cover drainage as well as the parking bumper. Cover drainage as well as the parking bumper designed using autocad software and simulated using ansys software to compare the stress distribution. Type 1 product dimensions are and type 1 is From the simulation results obtained static smallest maximum stress contained in the type 1 material concrete connection that is equal to 2,042 MPa, the maximum normal stress x axis least for 0,40682 MPa, the maximum normal stress smallest y axis of 0,15539 MPa. From the simulation results obtained dynamic smallest maximum stress contained in the type 2 material concrete connection that is equal to 2,34184 MPa, the maximum normal stress smallest x axis of 0,52655 MPa, the maximum normal stress smallest y axis of 0,26623 MPa. Keywords: Fiber oil palm empty fruit bunch, cover drainage, parking bumper, concrete foam,, software ansys, static simulation, dynamic simulation. ii

13 KATA PENGANTAR Puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesempatan dan waktu sehingga dapat menyelesaikan proposal Tugas Akhir yang berjudul Analisa Perilaku Keretakan Sambungan Pada Penutup Drainase Sekaligus Sebagai Parking Bumper Paduan Bahan Concrete Foam Diperkuat Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Simulasi Program Ansys. Laporan hasil penelitian skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Reguler Teknik Mesin Fakultas Teknik. Penulis laporan ini adalah betujuan mengedepankan penggunaan serat TKKS untuk penguat pada produk. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Dosen Pembimbing penulis yang banyak memberi masukan serta membina saya selama mengerjakan penelitian ini. 2. Bapak Dr. Ir. M Sabri, MT selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Bapak Terang Ukur H. S. Ginting Manik, ST MT selaku sekretaris, Bapak Ir. Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi. iii

14 3. Seluruh Staff pengajar DTM FT-USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU. 4. Kedua orang tua saya atas doa dan motivasi yang tiada henti untuk memberikan semangat agar dapat menyelesaikan skripsi ini. 5. Rekan satu tim IFRC Yusmar Alkholidi Effendi, senior Magister Teknik Mesin Maraghi Mutaqin, Alexander Sebayang, dan Herry Darmadi, dan teman satu lab IFRC yang telah memberi semangat dalam menyelesaikan skripsi ini. 6. Seluruh Teman-teman stambuk 2012 yang telah memberi dukungan dan semangat berupa tenaga dan motivasi kepada penulis. Semoga skripsi ini dapat memberikan ilmu tambahan bagi pembaca serta dapat bermanfaat bagi orang lain. Penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi. Penulis mengucapkan banyak terima kasih atas kerjasamanya. Medan, Mei 2017 Penulis, (Indra Gunawan) iv

15 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR NOTASI... xii BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Tujuan Umum Tujuan Khusus Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan...7 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Bahan Komposit Klasifikasi material komposit Teknik pembuatan material komposit Beton Beton Ringan Material Komposit Concrete Foam Semen...17 v

16 2.4.2 Pasir Air Bahan pengembang Serat tandan kosong kelapa sawit Parking Bumper Perilaku Mekanik Akibat Beban Statik Simulasi Numerik...31 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Desain Penutup Drainase Desain Penutup Drainase Tipe Desain Penutup Drainase Tipe Metode Penelitian Simulasi Uji Tekan Statik Menggunakan Ansys Simulasi Explicit Dinamic Uji Lindas Diagram Alir Penelitian...50 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pendahuluan Hasil Pembuatan Penutup Drainase Metode Pengujian Penelitian Simulasi Menggunakan ANSYS Simulasi Statik Pembebanan Pada Sisi Samping Penutup Drainase...54 vi

17 4.5.1 Hasil simulasi static penutup drainase sekaligus sebagai parking bumper Simulasi Dinamik Pembebanan Pada Sisi Samping Penutup Drainase Hasil simulasi dinamik penutup drainase sekaligus sebagai parking bumper Kumpulan Dan Perbandingan Data Hasil Simulasi Hasil Uji Lindas...83 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran...85 DAFTAR PUSTAKA vii

18 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 (a) Tumpukan Sampah di Drainase, (b) Ban Mobil Terjebak di Drainase (c) Mobil Terperosok ke Drainase...3 Gambar 1.2 Drainase di Magister Teknik Mesin USU...4 Gambar 2.1 Gabungan Makroskopis Fasa-Fasa Pembentuk Komposit...8 Gambar 2.2 Parking Bumper...21 Gambar 2.3 Ilustrasi Pembebanan Pada Parking Bumper Tipe Gambar 2.4 Ilustrasi Pembebanan Pada Parking Bumper Tipe Gambar 2.5 Analisa Gaya yang Diterima Parking Bumper Tipe Gambar 2.6 Analisa Gaya yang Diterima Parking Bumper Tipe Gambar 2.7 Free Body Diagram Gaya yang Bekerja Pada Parking Bumper...24 Gambar 2.8 Kendaraan Dalam Posisi Parkir...27 Gambar 2.9 Desain Parking Bumper...27 Gambar 2.10 Tipikal Kurva Respon Tegangan-Regangan Akibat Beban Tekan Statik Aksial...29 Gambar 2.11 Diagram Uji Tekan Statik...30 Gambar 3.1 Penutup Drainase Tipe Gambar 3.2 Penutup Drainase Tipe Gambar 3.3 Static structural...36 Gambar 3.4 Project Schematic...36 Gambar 3.5 Data Material Baru...37 Gambar 3.6 Data Density...38 Gambar 3.7 Data Isotropic Elasticity...38 viii

19 Gambar 3.8 Import Geometry...39 Gambar 3.9 Details of Penutup Drainase...40 Gambar 3.10 Detail of Sambungan...41 Gambar 3.11 Connections...41 Gambar 3.12 Mesh...42 Gambar 3.13 Details of Pressure Tipe Gambar 3.14 Details of Pressure Tipe Gambar 3.15 Fixed Support Tipe Gambar 3.16 Fixed Support Tipe Gambar 3.17 Solution...46 Gambar 3.18 Engineering Data Dinamik...47 Gambar 3.19 Alat Uji Impak Jatuh Bebas...47 Gambar 3.20 Pembebanan Simulasi Dinamik Penutup Drainase Tipe 1 dan Gambar 3.21 Stasiun Uji Lindas...48 Gambar 3.22 Plat penahan cover bump...49 Gambar 3.23 (a) Set Up Cover Bump Tipe 1 (b) Set Up Cover Bump Tipe Gambar 3.24 Produk Pada Saat Diuji Lindas...49 Gambar 3.25 Diagram Alir Penelitian...50 Gambar 4.1 Penutup Drainase Tipe Gambar 4.2 Penutup Drainase Tipe Gambar 4.3 Pressure Simulasi Statik...54 Gambar 4.4 Fixed Support Simulasi Statik...54 Gambar 4.5 Normal Stress X Axis Simulasi Statik Tipe 1A...55 Gambar 4.6 Normal Stress X Axis Simulasi Statik Tipe 1B...55 ix

20 Gambar 4.7 Normal Stress X Axis Simulasi Statik Tipe 2A...56 Gambar 4.8 Normal Stress X Axis Simulasi Statik Tipe 2B...57 Gambar 4.9 Grafik Normal Stress X Axis Simulasi Statik...58 Gambar 4.10 Normal Stress Y Axis Simulasi Statik Tipe 1A...59 Gambar 4.11 Normal Stress Y Axis Simulasi Statik Tipe 1B...59 Gambar 4.12 Normal Stress Y Axis Simulasi Statik Tipe 2A...60 Gambar 4.13 Normal Stress Y Axis Simulasi Statik Tipe 2B...60 Gambar 4.14 Grafik Normal Stress Y Axis Simulasi Statik...61 Gambar 4.15 Equivalent Stress Simulasi Statik Tipe 1A...62 Gambar 4.16 Equivalent Stress Simulasi Statik Tipe 1B...63 Gambar 4.17 Equivalent Stress Simulasi Statik Tipe 2A...64 Gambar 4.18 Equivalent Stress Simulasi Statik Tipe 2B...64 Gambar 4.19 Grafik Equivalent Stress Simulasi Statik...65 Gambar 4.20 Pembebanan Pada Simulasi Dinamik...67 Gambar 4.21 Fixed Support Simulasi Dinamik...67 Gambar 4.22 Normal Stress X Axis Simulasi Dinamik Tipe 1A...68 Gambar 4.23 Normal Stress X Axis Simulasi Dinamik Tipe 1B...68 Gambar 4.24 Normal Stress X Axis Simulasi Dinamik Tipe 2A...69 Gambar 4.25 Normal Stress X Axis Simulasi Dinamik Tipe 2B...70 Gambar 4.26 Grafik Normal Stress X Axis Simulasi Dinamik...71 Gambar 4.27 Normal Stress Y Axis Tipe 1A...72 Gambar 4.28 Normal Stress Y Axis Tipe1B...72 Gambar 4.29 Normal Stress Y Axis Tipe 2A...73 Gambar 4.30 Normal Stress Y Axis Tipe 2B...74 x

21 Gambar 4.31 Grafik Normal Stress Y Axis Simulasi Dinamik...75 Gambar 4.32 Equivalent Stress Simulasi Dinamik Tipe 1A...76 Gambar 4.33 Equivalent Stress Simulasi Dinamik Tipe 1B...76 Gambar 4.34 Equivalent Stress Simulasi Dinamik Tipe 2A...77 Gambar 4.35 Equivalent Stress Simulasi Dinamik Tipe 2B...78 Gambar 4.36 Grafik Equivalent Stress Simulasi Dinamik...79 Gambar 4.37 Grafik Validasi Simulasi Dan Eksperimental...82 Gambar 4.38 Keretakan pada penutup drainase tipe xi

22 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Jenis-Jenis Beton Berdasarkan Berat Jenis dan Pemakaiannya...15 Tabel 2.2 Jenis-Jenis Beton Ringan Berdasarkan Kuat Tekan, Berat Beton, dan Agregat Penyuunnya...15 Tabel 2.3 Jenis-Jenis Beton Ringan Menurut Dobrowolski (1998) dan Neville And Brooks (1987)...16 Tabel 2.4 Komposisi Concrete Foam...17 Tabel 2.5 Bahan Penyusun Tandan Kosong Kelapa Sawit...20 Tabel 4.1 Data Hasil Simulasi Statik Normal Stress X Axis...57 Tabel 4.2 Data Hasil Simulasi Statik Normal Stress Y Axis...61 Tabel 4.3 Data Hasil Simulasi Statik Equivalent Stress...65 Tabel 4.4 Data Rangkuman Hasil Simulasi Statik...66 Tabel 4.5 Data Hasil Simulasi Dinamik Normal Stress X Axis...70 Tabel 4.6 Data Hasil Simulasi Dinamik Normal Stress Y Axis...74 Tabel 4.7 Data Hasil Simulasi Dinamik Equivalent Stress...78 Tabel 4.8 Data Rangkuman Hasil Simulasi Dinamik...79 Tabel 4.9 Kumpulan Perbandingan Normal Stress X Axis...80 Tabel 4.10 Kumpulan Perbandingan Normal Stress Y Axis...80 Tabel 4.11 Kumpulan Perbandingan Equivalent Stress...81 Tabel 4.12 Kumpulan Perbandingan Hasil Simulasi dan Eksperimental...81 Tabel 4.13 Hasil uji lindas penutup drainase tipe Tabel 4.14 Hasil uji lindas penutup drainase tipe xii

23 DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Satuan E Modulus elastisitas Mpa σ Tegangan Mpa ε Regangan mm/mm F Beban tekan N A Luas penampang yang dikenai beban tekan mm 2 Δl perubahan panjang yang terjadi mm l Panjang awal (mula-mula) mm xiii