ANALISA KEKUATAN IMPAK CONCRETE FOAM DENGAN VARIASI KOMPOSISI POLIURETAN YANG DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT AKIBAT IMPAK JATUH BEBAS SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana NEIL LEO KABAN NIM. 110421067 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013 MEDAN
ABSTRAK Objek penelitian adalah beton concrete foam dengan variasi komposisi poliuretan yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit. Persentasi variasi concrete foam dan TKKS dibuat dengan 3 variasi komposisi yaitu: komposisi 1 bahan mortar 90% - BA+TKKS 10% dengan semen 23,7%, pasir 47,4%, air 18,9%, poliol 4,5%, isosiana 3,5%, TKKS 2 %, komposisi 2 bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan semen 22,4%, pasir 44,7%, air 17,9%, poliol 6,7%, isosiana 5,2%, TKKS 3%, dan komposisi 3 bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan semen 21%, pasir 42,1%, air 16,8%, poliol 9%, isosiana 7%, TKKS 4%. Pembuatan spesimen beton dilakukan selama satu bulan, dimulai dari spesimen dimasukkan kedalam cetakan sampai spesimen kering dan siap diuji. Setelah spesimen beton dibuat, diuji menggunakan alat uji Impak Jatuh Bebas dengan load cell sebagai sensor pengambil data. Pengujian dilakukan dengan 3 jenis ketinggian yaitu 1 m, 2 m, 3 m dan diperoleh hasil yaitu: Pada komposisi 1 bahan mortar 90% - BA+TKKS 10% beton memiliki berat 501,0 gram (saat basah) dan 421,6 gram (saat kering) dengan ketinggian 1 m menghasilkan menghasilkan tegangan 0,1305 MPa, ketinggian 2 m menghasilkan tegangan 0,1575 MPa dan ketinggian 3 m menghasilkan tegangan 0,1710 MPa. Pada komposisi 2 bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% beton memiliki berat 490,4 gram (saat basah) dan 405,6 gram (saat kering) dengan ketinggian 1 m menghasilkan tegangan 0,1260 MPa, ketinggian 2 m menghasilkan tegangan 0,1440 MPa dan ketinggian 3 m menghasilkan tegangan 0,1620 MPa. Pada komposisi 3 bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% beton memiliki berat 476,2 gram (saat basah) dan 393,2 gram (saat kering) dengan ketinggian 1 m menghasilkan tegangan 0,1260 MPa, ketinggian 2 m menghasilkan tegangan 0,1393 MPa dan ketinggian 3 m menghasilkan tegangan 0,1620 MPa. Kata Kunci: Concrete Foam, TKKS, Beton, Impak Jatuh Bebas, Load Cell.
ABSTRACT Concrete object of study is the variation in the composition of the foam concrete fiber reinforced polyurethane palm empty fruit bunches. The percentage variation of foam concrete and is made with 3 variations TKKS composition namely: composition 1 mortar materials 90% - BA + TKKS 10% with cement 23.7%, 47.4% sand, 18.9% water, 4.5% polyol, isosiana 3.5%, 2% TKKS, composition 2 mortar material 85% - BA + TKKS 15% with cement 22.4%, 44.7% sand, 17.9% water, 6.7% polyol, isosiana 5, 2%, 3% TKKS, and composition 3 mortar material 80% - BA + TKKS 20% with cement 21%, 42.1% sand, 16.8% water, 9% polyol, isosiana 7%, 4% TKKS. Manufacture of concrete specimens performed for one month, starting from specimen to specimen is inserted into the mold dry and ready to be tested. Once the concrete specimens were made, tested using Impact tester with Free Fall sensor load cell as a data taker. Testing is done with 3 types of height is 1 m, 2 m, 3 m and the obtained results are: composition 1 mortar material 90% - BA + TKKS 10% concrete weighs 501.0 grams (when wet) and 421.6 grams ( when dry) with a height of 1 m produces 0.1305 MPa yield stress, yield stress a height of 2 m and a height of 3 MPa 0.1575 m 0.1710 MPa yield stress. On the composition 2 mortar material 85% - BA + TKKS 15% concrete weighs 490.4 grams (when wet) and 405.6 grams (when dry) with a height of 1 m produces a voltage 0.1260 MPa, a height of 2 m produces a voltage 0, 1440 MPa and a height of 3 m 0.1620 MPa yield stress. On the composition 3 mortar material 80% - BA + TKKS 20% concrete weighs 476.2 grams (when wet) and 393.2 grams (when dry) with a height of 1 m produces a voltage 0.1260 MPa, a height of 2 m produces a voltage 0, 1393 MPa and a height of 3 m 0.1620 MPa yield stress. Keywords: Concrete Foam, TKKS, Concrete Impact, Free Fall, Load Cell.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia dan rahmat-nya yang senantiasa di berikan kepada saya, sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi sarjana Teknik di Departemen Teknik mesin fakultas teknik universitas sumatera utara. Adapun judul skripsi yang dipilih yaitu Analisa kekuatan impak concrete foam dengan variasi komposisi poliuretan yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit akibat impak jatuh bebas. Selama pembuatan tugas sarjana ini dimulai dari penelitian sampai penulisan, saya banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini saya menyampaikan banyak terimakasih kepada: 1. Kedua orang tua, Bapak saya tersayang Nelson Kaban dan Ibunda tercinta Erlitna Tarigan yang telah memberikan segala dukungan moril dan materil. Saya serta tidak lupa kepada kakak saya Anelia Kaban dan adek saya Jasana Kaban yang telah memberi semangat untuk menyelesaikan tugas sarjana ini. 2. Bapak prof. Dr. Ir. Bustami syam, MSME selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis untuk hingga skripsi ini dapat terselesaikan.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahrul Abda, Msc, MT selaku ketua dan koordinator ekstensi Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. 4. Bapak Zulfikar, ST. MT dan semua tim riset IFRC yang telah membantu dan sebagai tempat diskusi. 5. Bapak/Ibu staf pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas Tenik USU. 6. Mahasiswa Departemen Teknik Mesin khususnya teman kelompok belajar ( Henri, Berkat, Anggi, Irvan, Rahmat, Fadli dan Andri) serta rekan-rekan sesama stambuk 2011 jalur Ekstensi, yang selalu memberikan motivasi kepada saya. Saya menyadari bahwa masih ada kekurangan-kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Skripsi ini. Untuk itu saran-saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat saya harapkan demi kesempurnaan Tugas Skripsi ini. Akhir kata, saya mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang turut membantu dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini, semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat untuk kita semua. Medan, Neil Leo Kaban NIM : 110421067
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xi BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Manfaat Penelitian... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Material Komposit... 5 2.2 Beton... 6 2.3 Agregat... 7 2.3.1 Ukuran Butir Agregat... 8 2.3.2 Bentuk dan Tekstur Agregat...... 9 2.3.3 Persyaratan Agregat...... 10 2.4 Air... 12 2.5 Poliuretan... 13 2.5.1 Diisosianat... 18 2.5.2 Poliol... 19
2.6 Tandan Kosong Kelapa Sawit... 21 2.7 Benda Jatuh Bebas... 22 2.8 Gerak Lurus... 24 2.9 Energi... 26 2.10 Pengukuran Gaya Impak... 27 2.11 Load Cell... 27 2.12 Rancangan Spesimen... 29 BAB 3 METODE PENELITIAN... 30 3.1. Tempat dan Waktu... 30 3.2. Bahan, Peralatan, dan Metode... 30 3.2.1 Bahan... 30 3.2.2 Peralatan... 33 3.2.3 Metode... 39 3.3 Komposisi Spesimen... 40 3.4 Pengolahan TKKS Menjadi Serat TKKS... 40 3.5 Pembuatan Spesimen... 41 3.6 Proses Pengujian... 41 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 43 4.1 Analisa Pengaruh Persentase Concreate Foam... 43 4.2 Analisa Gaya Impak Jatuh Bebas... 49 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 63 5.1 Kesimpulan... 63 5.2 Saran... 64 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Klasifikasi/skema struktur komposit... 5 Gambar 2.2 Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit.... 6 Gambar 2.3 Struktur poliamina... 17 Gambar 2.4 Tandan kosong kelapa sawit... 21 Gambar 2.5 Grafik hubungan v t... 23 Gambar 2.6 Diagram kecepatan waktu.... 25 Gambar 2.7 Strain Gauge Figure... 28 Gambar 2.8 Perserntase Komposisi... 29 Gambar 3.1 Semen.... 30 Gambar 3.2 Pasir... 31 Gambar 3.3 Air... 31 Gambar 3.4 Poliol... 32 Gambar 3.5 Isosianat... 32 Gambar 3.6 Serat TKKS... 33 Gambar 3.7 Cetakan spesimen... 34 Gambar 3.8 Timbangan digital... 34 Gambar 3.9 Ayakan... 35 Gambar 3.10 Oli pelumas... 35 Gambar 3.11 Kuas... 36 Gambar 3.12 Cawan pengadukan... 36 Gambar 3.13 Alat Pengaduk... 37 Gambar 3.14 Mesin penghalus serat..... 37 Gambar 3.15 Alat impak jatuh bebas... 38
Gambar 3.16 posisi penempatan load cell pada perangkat benda jatuh bebas... 39 Gambar 3.17 Alur jalannya penelitian... 42 Gambar 4.1 Spesimen beton sebelum dan sesudah di impak dengan komposisi bahan mortar 90% - BA+TKKS 10% dengan ketinggian impak 1 m... 46 Gambar 4.2 Spesimen beton sebelum dan sesudah di impak dengan komposisi bahan mortar 90% - BA+TKKS 10% dengan ketinggian impak 2 m... 46 Gambar 4.3 Spesimen beton sebelum dan sesudah di impak dengan komposisi bahan mortar 90% - BA+TKKS 10% dengan ketinggian impak 3 m... 46 Gambar 4.4 Spesimen beton sebelum dan sesudah di impak dengan komposisi bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan ketinggian impak 1 m... 47 Gambar 4.5 Spesimen beton sebelum dan sesudah di impak dengan komposisi bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan ketinggian impak 2 m... 47 Gambar 4.6 Spesimen beton sebelum dan sesudah di impak dengan komposisi bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan ketinggian impak 3 m... 47 Gambar 4.7 Spesimen beton sebelum dan sesudah di impak dengan komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 1 m... 48 Gambar 4.8 Spesimen beton sebelum dan sesudah di impak dengan komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 2 m... 48 Gambar 4.9 Spesimen beton sebelum dan sesudah di impak dengan komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 3 m... 48 Gambar 4.10 Grafik time vs force pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 1 m... 50 Gambar 4.11 Grafik time vs stress pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 1 m... 50 Gambar 4.12 Grafik time vs force pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 2 m... 51 Gambar 4.13 Grafik time vs stress pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 2 m... 51 Gambar 4.14 Grafik time vs force pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 3 m... 52 Gambar 4.15 Grafik time vs stress pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 3 m... 52
Gambar 4.16 Grafik time vs force pada kompososi bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan ketinggian impak 1 m... 53 Gambar 4.17 Grafik time vs stress pada kompososi bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan ketinggian impak 1 m... 53 Gambar 4.18 Grafik time vs force pada kompososi bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan ketinggian impak 2 m... 54 Gambar 4.19 Grafik time vs stress pada kompososi bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan ketinggian impak 2 m... 54 Gambar 4.20 Grafik time vs force pada kompososi bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan ketinggian impak 3 m... 55 Gambar 4.21 Grafik time vs stress pada kompososi bahan mortar 85% - BA+TKKS 15% dengan ketinggian impak 3 m... 55 Gambar 4.22 Grafik time vs force pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 1 m... 56 Gambar 4.23 Grafik time vs stress pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 1 m... 56 Gambar 4.24 Grafik time vs force pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 2 m... 57 Gambar 4.25 Grafik time vs stress pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 2 m... 57 Gambar 4.26 Grafik time vs force pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 3 m... 58 Gambar 4.27 Grafik time vs stress pada komposisi bahan mortar 80% - BA+TKKS 20% dengan ketinggian impak 3 m... 58 Gambar 4.28 Grafik Time VS Stress pada ketinggian 1 m..... 59 Gambar 4.29 Grafik Time VS Stress pada ketinggian 2 m..... 59 Gambar 4.30 Grafik Time VS Stress pada ketinggian 3 m..... 60 Gambar 4.31 Grafik Time VS Stress terbaik..... 60 Gambar 4.32 Grafik Stress VS BA+TKKS..... 61 Gambar 4.33 Gabungan Grafik Time VS Stress..... 62
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Karakteristik mekanik polister resin tak jenuh... 20 Tabel 2.2 Sifat fisik dan morfologi tandan kosong kelapa sawit... 22 Tabel 2.3 Komposisi dan sifat Kimia tandan kosong kelapa sawit... 22 Tabel 2.4 Waktu dan kecepatan benda jatuh.... 23 Tabel 3.1 Spesifikasi mesin penghalus serat.... 38 Tabel 3.2 Komposisi spesimen.... 40 Tabel 4.1 Hasil perhitungan besar kekuatan impak.... 62 Tabel 4.1 Hasil perhitungan komposisi beton dan impak jatuh bebas.... 63
DAFTAR NOTASI Simbol Nama Keterangan Satuan A - luas penampang mm 2 m - massa kg v - kecepatan m/s g - grafitasi (9,81) m/s 2 ρ rho massa jenis kg/mm 3 F - gaya N L - panjang mm t - waktu s h - tinggi m Ep - energi Potensial joule Ek - energi kinetik joule V - volume mm 3