STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI ANSYS 12 PEMBUATAN ASPAL POLIMER DENGAN PERBANDINGAN CAMPURAN POLISTIRENA PADA ASPAL 0:50, 5:45, 15:35, 25:25 DENGAN AGREGAT 300 gr PASIR SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DANNY PUTRA PRATAMA NIM. 060401011 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MEDAN 2012
ABSTRAK Dewasa ini infrastruktur jalan raya di Indonesia masih merupakan masalah besar karena sebahagian jalan raya ini perlu peremajaan atau perbaikan setiap tahunnya dan ini sangat memerlukan dana yang tidak sedikit.salah satu yang sangat memungkinkan untuk meminimalisir biaya perbaikan adalah dengan mengkaji ketahanan aspal yang tahan lama dan berkualitas. Aspal polimer adalah suatu material yang dihasilkan dari modifikasi antara polimer dengan aspal. Umumnya dengan sedikit penambahan bahan polimer sudah dapat meningkatkan hasil ketahanan yang lebih baik terhadap keretakan-keretakan dan meningkatkan ketahanan dari kerusakan akibat umur sehingga menciptakan jalan lebih tahan lama.tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh kekuatan tekan dan ketahanan rendaman air pada aspal. Aspal polimer dibuat dengan cara mencampurkan Aspal dengan Polistirena yang dicampur bersama dengan agregat pasir halus kemudian ditambahkan Dikumil Peroksida (DCP) sebagai inisiator dan Divenil Benzena (DVB) sebagai pengikat. Pengujian yang dilakukan terhadap bahan ini yaitu uji penyerapan air, uji tekan statik dan simulasi dengan Ansys 12. Hasilnya menunjukkan bahwa penambahan 25 gr Polistirena pada 25 gr aspal dan 300 gr pasir halus efektif dalam meningkatkan sifat mekanik dari campuran aspal dimana dihasilkan kekuatan tekan maksimum sebesar 3,016 Mpa dan persentase penyerapan air sebesar 0.205%. Untuk uji tekan statik disimulasikan dengan menggunakan program Ansys 12. Kata kunci : Aspal polimer, Aspal, Polistirena, Dikumil Peroksida (DCP), Divenil Benzena (DVB), uji penyerapan air, uji tekan statik, sifat mekanik dan Ansys 12.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan anugerah-nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Material Teknik, yaitu STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI ANSYS 12 PEMBUATAN ASPAL POLIMER DENGAN PERBANDINGAN CAMPURAN POLISTIRENA PADA ASPAL 0:50, 5:45, 15:35, 25:25 DENGAN AGREGAT 300 gr PASIR Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc. sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas ini dapat terselesaikan. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir.M.Syahril Gultom, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
3. Bapak Edy, dan Bapak Aman, dari Laboratorium Kimia Polimer MIPA USU yang telah berkenan membantu penulis dalam pembuatan spesimen dan pengujian tekan. 4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 5. Orangtua tercinta (R. Perangin-angin dan D. Br Sebayang), kakak-kakak yang saya sayangi (Lilyana, dan Lisa), dan teman-teman PERMATA atas doa dan dukungan yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikan ini. 6. Kepada teman seperjuangan teknik mesin khususnya stambuk 2006 yang telah menemani,membantu dan menjadi teman diskusi penulis selama mengikuti studi dan menyusun skripsi ini. 7. Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang. Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, September 2012 Penulis, Danny Putra Pratama NIM :06 0401 011
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL...viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR SIMBOL... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Penelitian... 1 1.2 Tujuan Penelitian... 4 1.3 Manfaat Penelitian... 5 1.4 Batasan Masalah... 5 1.5 Sistematika Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Polimer... 8 2.1.1 Jenis - Jenis Polimer... 10 2.1.2 Karakteristik Plastik...... 12 2.2. Bahan Baku... 20 2.2.1 Aspal... 20 2.2.1.1 Jenis-jenis Aspal... 21 2.2.1.2 Aspal Polimer... 24
2.2.2 Agregat... 25 2.2.2.1 Penggunaan Pasir Sebagai Bahan Agregat... 27 2.2.3 Polistirena... 28 2.2.4 Dikumil Peroksida... 30 2.2.4.1 Penggunaan (DCP) Sebagai Inisiator... 30 2.2.4.2 Degradasi PS Dengan Inisiator DCP... 32 2.2.5 Divenil Benzena (DVB)... 33 2.3. Pengujian Mekanik... 34 2.3.1 Uji Tekan statik... 34 2.3.2 Respon Material Akibat Beban Tekan Statik... 35 2.3.3 Sifat Mekanik... 37 2.3.4 Uji Penyerapan Air (Water Absorption Test)... 40 2.4 Metode Elemen Hingga... 40 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Umum... 43 3.2 Alur Penelitian... 43 3.3 Waktu dan Tempat... 44 3.4 Alat dan Bahan... 44 3.4.1 Alat... 44 3.4.2 Bahan... 53 3.5 Prosedur Penelitian... 55 3.5.1 Preparasi Agregat... 55 3.5.2 Preparasi Bahan Polimer... 55
3.5.3 Proses Pembuatan Aspal Polimer... 56 3.6. Karakterisasi Aspal Polimer... 58 3.6.1. Proses Pengujian Penyerapan Air... 60 3.6.2. Proses Pengujian Kuat Tekan... 60 3.7 Proses Simulasi Numerik... 62 3.7.1 Simulasi Uji Tekan Statik... 63 3.7.2 Tampilan Pembuka Ansys 12... 63 3.7.3 Pemodelan Spesimen... 64 3.7.4 Mendefinisikan Elemen Type... 65 3.7.5 Real Constants... 66 3.7.6 Mendefenisikan Model Bahan... 67 3.7.7 Proses Meshing... 68 3.7.8 Proses Solution... 70 3.7.9 Proses Analyzing... 72 3.8 Diagram Alir Penelitian... 74 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian... 75 4.1.1 Hasil Pengujian Daya Serap Air... 75 4.1.2 Hasil Pengujian Kuat Tekan... 76 4.2 Pembahasan... 80 4.2.1 Pembahasan Pengujian Daya Serap Air... 80 4.2.2 Pembahasan Uji tekan... 82 4.2.3 Hasil Simulasi Menggunakan Ansys 12... 87
4.2.3.1 Hasil Simulasi Variasi 0gr PS : 50gr Aspal... 88 4.2.3.2 Hasil Simulasi Variasi 5gr PS : 45gr Aspal.... 89 4.2.3.3 Hasil Simulasi Variasi 15gr PS : 35gr Aspal.... 90 4.2.3.4 Hasil Simulasi Variasi 25gr PS : 25gr Aspal... 91 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 94 5.2 Saran... 95 DAFTAR PUSTAKA... 96 LAMPIRAN A... 100 LAMPIRAN B... 104 LAMPIRAN C... 177
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Penetrasi 60/70...24 Tabel 4.1 Data hasil uji daya serap air spesimen ASTM C 20-00-2005...75 Tabel 4.2 Data hasil uji tekan spesimen ASTM D 1559-76 ( Compressive Strength Test )....77 Tabel 4.3 Hasil perhitungan % Daya serap air...80 Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Uji Tekan...83 Tabel 4.5 Perbandingan tegangan maksimum uji eksperimen dan simulasi......92
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Klasifikasi polimer...12 Gambar 2.2 Struktur Dikumil Peroksida...31 Gambar 2.3 (1),(2),(3),(4) Reaksi Degradasi Polistirena dengan Dikumil Peroksida...33 Gambar 2.4 Struktur Divenil benzena...33 Gambar 2.5 Pengujian beban tekan pada spesimen...36 Gambar 2.6 Kurva F vs l...37 Gambar 2.7 Kurva tegangan-regangan...39 Gambar 3.1 Gelas Beaker...45 Gambar 3.2 Gelas ukur 50 ml Pyrex...46 Gambar 3.3Cetakan Sampel Kubus...46 Gambar 3.4 Neraca Analitik...47 Gambar 3.5 Hot Plate...48 Gambar 3.6 Oven...49 Gambar 3.7 Hot Compress...50 Gambar 3.8 Mesin Uji Kuat Tekan...51 Gambar 3.9 Aspal Penetrasi 60/70...53 Gambar 3.10 Polistirena...53 Gambar 3.11 Pasir halus...54 Gambar 3.12 Dikumil Peroksida...54 Gambar 3.13 Divenil Benzena...55
Gambar 3.14 Skema pencampuran bahan aspal polimer...57 Gambar 3.15 Bentuk spesimen aspal polistirena...58 Gambar 3.16 Diagram pohon sampel hasil variasi komposisi volume bahan baku...59 Gambar 3.17 Proses Perendaman Spesimen...60 Gambar 3.18 Posisi Spesimen Sebelum Mendapatkan Perlakuan Tekanan...61 Gambar 3.19 Proses Pengujian Kuat Tekan...62 Gambar 3.20 Langkah-langkah simulasi pada Ansys 12...63 Gambar 3.21 Tampilan awal ansys 12...63 Gambar 3.22. Tampilan pembuatan gambar spesimen melalui ansys...64 Gambar 3.23 Model spesimen melalui Ansys...65 Gambar 3.24.Tampilan element type dan...66 Gambar 3.25. Tampilan Real Constants...66 Gambar 3.26. Tampilan nilai modulus youngs dan poisson s ratio pada ansys 12...67 Gambar 3.27 Tampilan nilai density pada ansys 12...68 Gambar 3.28 Proses meshing material...69 Gambar 3.29 Gambar spesimen hasil meshing...69 Gambar 3.30 Tampilan untuk membuat tumpuan...70 Gambar 3.31 Tampilan untuk mendefinisikan beban...71 Gambar 3.32. Tampilan analisa...72 Gambar 3.33. Tampilan untuk melihat hasil analisa von mises...73 Gambar 3.34. Tampilan untuk melihat hasil analisa displacement...73 Gambar 3.35 Diagram alir penelitian...74
Gambar 4.1 Kurva load - stroke dengan Variasi Campuran 0 gr Polistirena : 50 gr Aspal...78 Gambar 4.2 Kurva Load-Stroke dengan variasi campuran 5 gr Polistirena : 45 gr Aspal...78 Gambar 4.3 Kurva Load-Stroke dengan variasi campuran 15 gr Polistirena : 35 gr Aspal...79 Gambar 4.4 Kurva Load-Stroke dengan variasi campuran 25 gr Polistirena : 25 gr Aspal...79 Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara % Daya Serap Air dengan variasi polistirena:aspal...81 Gambar 4.6 Gambar spesimen aspal polimer...83 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Nilai F dan kuat tekan dengan variasi polistirena:aspal...85 Gambar 4.8 Hasil simulasi voin mises untuk variasi 0gr PS : 50 gr Aspal...88 Gambar 4.9 Hasil simulasi voin mises untuk variasi 5gr PS : 45 gr Aspal...89 Gambar 4.10 Hasil simulasi voin mises untuk variasi 15gr PS : 35 gr Aspal...90 Gambar 4.11 Hasil simulasi voin mises untuk variasi 25gr PS : 25 gr Aspal...91 Gambar 4.12 Grafik hubungan antara tegangan maksimum hasil simulasi dengan variasi polistirena:aspal...92 Gambar 4.13 Grafik hubungan antara tegangan maksimum hasil pengujian tekan dengan variasi polistirena:aspal...93
DAFTAR SIMBOL Simbol Nama Keterangan Satuan A - luas penampang mm² F - gaya N σ sigma tegangan N/mm2 L - panjang mm Δ Delta Perubahan - ε ebsilon penguluran % t - waktu s T - suhu ºC m - massa kg E - modulus elastisitas N/mm2 ρ rho massa jenis kg/mm3