Post on 01-Nov-2021
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
14
DESAIN BENTUK DAN ANALISIS STRUKTUR BATAKO
BAHAN KOMPOSIT BUSA BETON (CONCRETE FOAM)
TERHADAP BEBAN IMPAK JATUH BEBAS
MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS WORKBENCH 14.5
Eky A. Pinem1, Bustami Syam2, M. Sabri3, Ikhwansyah Isranuri4, Syahrul Abda5 1,2,3,4,5Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
E-mail : ekypinem@gmail.com
ABSTRAK
Batako dikenal sebagai salah satu jenis produk yang sering digunakan dalam mendirikan
sebuah bangunan yang terbuat dari campuran beberapa material. Jumlah material yang
digunakan sangat berpengaruh terhadap kualitas dari batako itu sendiri. Penelitian ini
berfokus pada simulasi bentuk profil batako dari material concrete foam yang diperkuat
serat TKKS agar diperoleh bentuk yang sesuai dengan standart yang telah
dipergunakan.Dari hasil simulasi didapat hasil tegangan maksimum secara berturut pada
batako pejal dan batako berlubang adalah 0,14242 MPa dan 0,75011 MPa. Sehingga
desain batako paling baik untuk material concrete foam yang diperkuat dengan serat tkks
adalah batako pejal atau padat dengan tegangan maksimum sebesar 0,14242 MPa.
Dengan membandingkan tegangan yang terjadi pada hasil simulasi dan hasil
eksperimental uji impak jatuh bebas sisi bawah pada ketinggian 0,5 m diperoleh tegangan
hasil simulasi 0,0035428 MPa dan hasil eksperimental 0,0036 MPa maka diperoleh
selisih 0,000572 MPa atau berbeda 1,58%. Pada ketinggian 1 m diperoleh tegangan hasil
simulasi 0,006684 dan hasil eksperimental 0,0058 MPa maka diperoleh selisih 0,0058
MPa atau berbeda 15,24%. Dan pada ketinggian 1,5 m diperoleh tegangan hasil simulasi
0,0084701 MPa dan hasil eksperimental 0,0076 MPa maka diperoleh selisih 0,0008701
MPa atau berbeda 11,44 %.
Kata kunci: Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), batako , Beban Impak Jatuh
Bebas, Concrete Foam
1. PENDAHULUAN
Batako ringan merupakan bahan bangunan yang berupa bata cetak alternatif
pengganti batu bata yang tersusun dari komposisi antara pasir, semen Portland
dan air dengan perbandingan antara semen dan pasir dengan ratio 1:7. Batako
ringan adalah salah satu bahan bangunan yang berupa batu-batuan yang
pengerasannya tidak dibakar dengan bahan pembentuknya berupa campuran pasir,
semen dan air dan dalam pembuatannya dapat ditambahkan dengan bahan
tambahan lainnya (additive). Kemudian dicetak melalui proses pemadatan
sehingga menjadi balok-balok dengan ukuran tertentu dan dimana proses
pengerasannya tanpa melalui pembakaran serta dalam pemeliharaannya
ditempatkan pada tempat yang lembab atau tidak terkena sinar matahari langsung
atau hujan. Tetapi dalam pembuatannya dicetak sedemikian rupa hingga
memenuhi syarat dan dapat digunakan sebagai bahan untuk pasangan dinding.
Dalam komposisi pembuatan batako ringan diatas sangat memerlukan biaya
ongkos produksi yang cukup banyak. Kita dapat mengurangi biaya ongkos
tersebut dengan cara menambahkan bahan tambahan lainnya (additive). Salah satu
bahan tambahan yang sering dipakai untuk pembentukan material komposit
adalah serat tandan kosong kelapa sawit.
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
15
Tandan kosong kelapa sawit merupakan salah satu limbah terbesar yang
dihasilkan dari pengolahan kelapa sawit. Tandan kosong kelapa sawit dapat
mencapai 230 kg setiap 1 ton pengolahan tandan buah segar [1]. Jumlah ini sangat
besar dan menggunung di pabrik-pabrik kelapa sawit. Data ini menunjukkan
bahwa begitu banyaknya limbah tandan kosong kelapa sawit ini setiap harinya.
Limbah ini dapat kita manfaatkan sehingga dapat mengurangi jumlah limbah yang
ada. Dengan cara menggunakan tandan kosong kelapa sawit menjadi salah satu
bahan tambahan dalam suatu komposisi pembuatan suatu produk.
Sebelum dilakukan sebuah penelitian dan pengujian secara eksperimental,
dibutuhkan sebuah simulasi numerik terlebih dahulu. Simulasi numerik tersebut
berisikan data-data yang dimilik sebelum dilanjutkkannya peneilitian secara
eksperimental. Tujuannya adalah untuk mengetahui segala bentuk error ataupun
kesalahan-kesalahan yang akan terjadi pada saat penelitian serta meminimalisasi
kesalahan tersebut sebelum penelitian eksperimental dilanjutkan.
1. Batasan Masalah
Pembuatan batako ringa berbahan concrete foam diperkuat serat TKKS
dengan ukuran spesimen 600×100×200 mm dan disimulasikan melalui
software Ansys Workbench 14.5.
2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mengamati dan menyelidiki tegangan
yang terjadi, serta untuk mendapatkan desain batako ringan berbahan
concrete foam diperkuat serat TKKS melalui simulasi Ansys Workbench
14.5
3. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah untuk mengetahui perilaku mekanik batako
ringan yang dicampur dengan foam dan serat TKKS sehingga akan
mendapatkan produk batako yang ringan, kuat, dan ekonomis.
2. TINJAUAN PUSTAKA
Komposit adalah campuran dua material atau lebih yang dicampur secara
makroskopik untuk menghasilkan suat material baru[2]. Artinya penggabungan
sifat-sifat unggul dari pembentuk masih terlihat nyata.
2.1. Batako Ringan
Batako ringan dapat dibagi dalam tiga golongan berdasarkan matriks penyusunan,
bentuk dan pemakaiannya.
Batako ringan diperoleh dengan memasukkan udara dalam adukan atau mortar.
Deengan demikian akan terjadi pori-pori udara berukuran 0,1-1 mm dala
batakonya. Memiliki berat isi 900-1400 kg/m3 dan biasanya digunakan untuk
keperluan pasangan dinding.
2.2. Batako komposit
Dalam pengembangannya sekarang, penelitian tentang batako atau bata ringan
sudah banyak dilakukan. Penelitian mengenai batako memiliki banyak
pengembangan, agar batako yang akan diproduksi memiliki nilai pakai yang
tinggi dengan memperhatikan nilai ekonomis dari produksi batako itu sendiri.
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
16
Salah satunya adalah pengembangan produksi batako yang mempergunakan
agregat halus seperti; abu jerami padi, serat sabut kelapa, serat tandan kosong
kelapa sawit (TKKS). Pemakaian agregat halus tersebut dilandaskan pemanfaatan
limbah disekitar lingkungan kita. Selain pemanfaatan tersebut, maka biaya
produksi batako tersebut akan berkurang. Selain pemanfaatan limbah,
penambahan agregat halus tersebut diharapkan dapat meningkatkan sifat psikis
dan mekanik dari batako walau dengan menggunakan hasil limbah.
Salah satu contoh penelitian yang sudah ada adalah pengembangan batako ringan
komposit yang diperkuat dengan abu jerami padi. Kuat tekan batako ringan
komposit yang diperkuat dengan abu jerami padi adalah berkisar antara 7,32 –9,06
MPa[3]. Ditinjau menurut klasifikasi batako pejal [4], maka batako ringan
komposit yang diperkuat dengan abu jerami padi dimasukkan ke dalam golongan
batako mutu II. Contoh penelitian lainnya adalah pengembangan batako ringan
komposit yang diperkuat dengan serat sabut kelapa. Kuat tekan yang didapat
berkisar antara 2,91-5,47 MPa dengan kuat impak berkisar antara 828,3–566,4
J/m2[5]. Ditinjau menurut klasifikasi batako pejal, maka batako ringan komposit
yang diperkuat dengan serat sabut dimasukkan ke dalam golongan batako mutu
IV.
Pada penelitian lainnya yang dilakukan oleh tim Impact Fracture Research Centre
Universitas Sumatera Utara, yaitu pengembangan concrete foam yang diperkuat
serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) didapat kuat tekan yang dihasilkan
berkisar antara 1,31-5,49 MPa[6]. Data tersebut menunjukkan bahwa bahan
concrete foam memiliki kuat tekan yang cukup besar, sehingga bahan concrete
foam ini dapat digunakan untuk bahan bangunan seperti batako. Akan tetapi
bahan concrete foam ini masih perlu penelitian kembali apakah komposisi beton
ringan komposit ini dapat aplikasikan dalam pembuatan batako ringan. Dalam
simulasi ini, digunakan komposisi B4 berdasarkan hasil penelitian oleh Nuzuli
Fitriadi yang merupakan hasil komposisi terbaik untuk concrete foam.
2.3. Beban Impak Jatuh Bebas
Beban impak jatuh bebas diperumpamakan sebagai sebuah benda jatu bebas dari
keadaan semula berhenti mengalami pertambahan kecepetan selama benda
tersebut jatuh.
Tabel 2.1. Waktu dan kecepatan benda jatuh
Waktu,
t(s) 0 1 2 3 4
Kecepatan,
V(m/s) 0 9,8 19,6 29,4 39,2
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
17
Gambar 2.1. Grafik hubungan v-t
Perbandingan waktu dan kecepatan terlihat pada Tabel 2.2 dan Gambar 2.1 yang
merupakan sebuah garus lurus sehingga percepatan seragam.
Benda jatuh tanpa keecepatan awal (vo= 0 m/s). Semakin ke bawah gerak benda
semakin cepat, yakni sama denga percepatan gravitasi (a=g=9,8 ms-2).
Untuk kasus jatuh bebas, besar kecepatan diperoleh dengan persamaan 2.1[7].
hgV .2= ......................(2.1)
dimana
v = kecepatan benda jatuh bebas, (m/s).
g = gaya grafitasi, (m/s2).
h = ketinggian jatuh benda, (m).
2.4. Teori Momentum dan Impuls
Sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan
dengan hasil kasil massa dengan kecepatan benda tersebut. Hali ini dinyatakan
dengan persamaan 2.2.
vmM .= ........................(2.2)
dimana
M = momentum, (kg.m/s).
m = massa, (kg).
v = kecepatan, (m/s).
Impuls adalah lonjakan gaya tiba-tiba pada selang waktu tertentu yang merupakan
hasil kali gaya dengan selang waktu yang diperlukan. Ini dapat dinyatakan dalam
persamaan 2.3. tFI .= ..........................(2.3)
dimana
I = Impulse.
F = gaya, (N).
t = waktu, (s).
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
18
3. METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilaksanakan dalam beberapa tahapan, yaitu seperti diuraikan pada
tabel 3.1
Tabel 3.1 Lokasi dan aktivitas Penelitian
NO Aktifitas Lokasi
Penelitian
1.
Pembuatan
serat
TKKS
Pusat Riset
Impak dan
Keretakan, Dept.
Teknik Mesin,
FT-USU
2.
Pembuatan
batako
ringan
diperkuat
TKKS
Pusat Riset
Impak dan
Keretakan, Dept.
Teknik Mesin,
FT-USU
3.
Uji Impak
Jatuh
Bebas
Pusat Riset
Impak dan
Keretakan, Dept.
Teknik Mesin,
FT-USU
4.
Analisa
Data
Pusat Riset
Impak dan
Keretakan, Dept.
Teknik Mesin,
FT-USU
5. Simulasi
Komputer
IC-STAR
3.2. Desain batako
Dalam simulasi impak jatuh bebas ini, batako yang dipakai ada 2 jenis yaitu
batako pejal (solid) dan batako berlubang,
(a)
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
19
(b)
Gambar 3.1. Dimensi spesimen (a) Batako berlubang dan (b) batako pejal/padat
Ukuran dari batako pejal yang akan dipakai adalah 600 mm×200 mm dengan
ketebalan 100 mm. Dan untuk ukuran batako berlubang akan digunakan ukuran
600 mm×200 mm dengan ketebalan 100 mm dan memilik lubang dengan ukuran
150 mm×60 mm.
3.3. Parameter Simulasi
Dalam simulasi impak jatuh bebas terhadap batako menggunakan software Ansys
Workbench 14.5 ini, diperlukan parameter yang akan dipakai sebagai batasan
simulasi.
Tabel 3.2 Parameter dalam Ansys
Ketinggian
(m)
Velocity
(mm/s)
Young’s
Modulus
(MPa)
Densitas
(kg/m3)
0,5 3132 43,284 1281
0,1 4427 43,284 1281
1,5 5542 43,284 1281
Parameter tersebut antara lain seperti; ketinggian, kecepatan jatuh (velocity),
young’s modulus, densitas (massa jenis) seperti pada Tabel 3.2.
3.4. Simulasi komputer impak jatuh bebas
Software yang digunakan adalah Ansys Workbench 14.5 dengan basis metode
elemen hingga (MEH). Langkah simulasi dengan menggunakan program Ansys
Workbench dapat dilakukan dalam 3 golongan proses pengerjaan yaitu
Preprocessing, Solution, dan Post Processing.
4. ANALISA DATA
4.1. Simulasi impak jatuh bebas terhadap batako pejal
Dengan memasukkan seluruh parameter pengujian, maka pola tegangan hasil
simulasi dengan menggunakan Ansys Workbench 14.5 dapat dilihat dari Gambar
4.1 berikut.
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
20
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.1. Simulasi impak jatuh bebas batako pejal pada (a) 0,5 m (b) 1 m (c)
1,5 m
Selain bagian luar dari batalo, diperlukan juga hasil bagian dalam dari batako
tersebut untuk memperjelas bagian batako yang mendapatkan bagian kritis. Hal
tersebut dapat kita lakukan dengan memberikan Section View pada bagian tengah
dari batako.
(a)
(b)
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
21
(c)
Gambar 4.2. Section View hasil pengujian pada ketinggian (a) 0,5 m (b) 1 m (c)
1,5 m
Dari Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 ditunjukkan daerah yang merupakan bagian
kritis adalah pada bagian tengah dari batako.
Secara keseluruhan perbandingan tegangan hasil dari eksperimental dan asil
simulasi dengan menggunakan software Ansys Workbench 14.5 ditunjukkan oleh
Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Perbandingan tegangan hasl eksperimental dan hasil ansys
Ketinggian
(m)
Tegangan (MPa)
Eksperimental Ansys
0,5 0,0036 0,0035428
1 0,0058 0,0066844
1,5 0,0076 0,0084701
Dari perbandingan hasil tegangan dari Tabel 4.1 didapat perbedaan yang tidak
terlalu jauh sehingga dapat diterima.
4.2. Simulasi impak jauh bebas terhadap batako berlubang
Dengan memasukkan seluruh parameter pengujian, maka pola tegangan hasil
simulasi dengan menggunakan ansys workbench 14.5 dapat dilihat dari Gambar
4.3.
(a)
(b)
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
22
(c)
Gambar 4.3. Simulasi impak jatuh bebas batako berlubang (a) 0,5 m (b) 1 m (c)
1,5 m
Dari hasil simulasi, bagian kritis dari batako terjadi di tempat berbeda pada setiap
ketinggian pengujian.
Dari hasil simulasi impak jatuh bebas pada batako berlubang dengan
menggunakan Ansys Workbench 14.5 akan didapatkan hasil yang ditunjukkan ada
Tabel 4.2.
Tabel 4.2. Hasil analisa MEH batako berlubang dengan ansys berdasarkan
ketinggian
Ketinggi
an
(m)
Tegangan
(MPa)
Reganga
n
0,5 0,0069933 5,62 ×
10-4
1 0,0093957 7,99 ×
10-4
1,5 0,013388 7,62 ×
10-4
Dari Tabel 4.2 didapatkan range tegangan yang terjadi adalah antara 0,0069933
MPa-0,013388 MPa.
4.3. Tegangan lentur pada anvil
Dengan anvil yang tidak homogen akan menimbulkan tegangan lentur pada saat
pengujian berlangsung. Tegangan lentur yang berlangsung pada pengujian impak
jatuh bebas ini bisa dihitung melalui simulasi numerik. Sehingga kita dapat
melihat penyebara tegangan yang terjadi pada anvil selama pengujian impak jatuh
bebas berlasung. Dalam simulasi ini, kita hanya membutuhkan gaya yang terjadi
pada batako ketika membentur anvil. Gaya rata-rata yang terjadi pada 0,5m adalah
428 N.
Gambar 4.4. Simulasi tegangan lentur pada anvil
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
23
Hasil simulasi ditunjukkan oleh Gambar 4.2 di atas. Hasil dari simulasi tersebut
menunjukkan keadaan anvil pada saat pengujian impak jatuh bebas yang
berlangsung. Ini menandakan bahwa anvil yang dipakai tidak homogen.
Tabel 4.3. Hasil analisa MEH anvil dengan ansys dan eksperimental berdasarkan
ketinggian
Ketinggi
an
(m)
Tegangan
(MPa)
Reganga
n
0,5 8,1 10,89
1 12,9 17,205
1,5 16,4 22,48
Secara keseluruhan hasil dari tegangan lentur yang terjadi pada anvil ditunjukkan
pada Tabel 4.3. Hasil besar tegangan yang didapat antara 8,1 MPa-16,4 MPa.
4.4. Simulasi pembebanan statik
Pembebanan dilakukan dengan cara memasukkan gaya yang bekerja pada sisi
batako. Gaya yang dimasukkan berdasarkan penjumlahan berat batako itu sendiri
ditambah dengan berat test rig pada saat pengujian. Berat test rig adalah 6,6 kg.
Sedangakn berat spesimen adalah 10 kg. Sehingga berat keseluruhan adalah 16,6
kg. Hasil pembebanan merata pada batako secara statik.
(a)
(b)
Gambar 4.5. Simulasi pembebanan statik pada (a) batako pejal dan (b) batako
berlubang
Hasil pembebanan merata pada batako secara statik ditunjukkan pada Gambar 4.5.
Dari simulasi pembebanan statik didapat hasl tegangan maksimum secara
berurutan pada batako pejal dan batako berlubang adalah sebesar 0,14242 MPa
dan 0,75011 MPa.
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
24
4.5. Perbandingan hasil simulasi Ansys Workbench 14,5 dan eksperimental
batak pejal
Perbandingan ini bertujuan untuk melihat perbedaan gaya yang diterima batako
secara detail baik secara simulasi maupun secara eksperimental.
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.6 Perbandingan grafik tegangan dan waktu antara simulasi dan
eksperimental batako pejal (a) 0,5 m (b) 1 m (c) 1,5 m
Perbandingan ini dilakukan hanya untuk pengujian dan simulasi impak jatuh
bebas terhadap batako pejal. Gambar 4.6 menunjukkan hasil perbandingan yang
didapatkan bahwa tegangan yang terjadi pada pengujian eksperimental tidak
terlalu jauh dengan pengujian simulasi Ansys Workbench 14.5.
5. KESIMPULAN
Setelah seluruh penelitian dilaksanakan serta menganalisa seluruh hasil, maka
didapat kesimpulan sebagai berikut:
1. Batako pejal memiliki tegangan maksimum sebesar 0,14242 MPa ,
sedangkan batako berlubang memiliki tegangan maksimum sebesar
Jurnal e-Dinamis, Volume.6, No.4 Desember 2018 ISSN 0216-7492
25
0,75011 MPa. Sehingga desain terbaik batako dengan material concrete
foam yang diperkuat dengan serat TKKS adalah batako pejal.
2. Dengan membandingkan tegangan yang terjadi pada hasil simulasi dan
hasil eksperimental uji impak jatuh bebas sisi bawah pada ketinggian 0,5
m diperoleh tegangan hasil simulasi 0,0035428 MPa dan hasil
eksperimental 0,0036 MPa maka diperoleh selisih 0,000572 MPa atau
berbeda 1,58%. Pada ketinggian 1 m diperoleh tegangan hasil simulasi
0,006684 MPa dan hasil eksperimental 0,0058 MPa maka diperoleh selisih
0,000884 MPa atau berbeda 15,24%. Dan pada ketinggian 1,5 m
diperoleh tegangan hasil simulasi 0,0084701 MPa dan hasil eksperimental
0,0076 MPa maka diperoleh selisih 0,0008701 MPa atau berbeda 11,44%.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini masuk dalam salah satu proyek MP3EI (Masterplan Percepatan dan
Perluasan Pembangunan Ekonomi Indonesia). Terima kasih kepada MP3EI atas
dukungannya kepada peneliti selama penelitian ini berlangsung. Terima kasih
juga kepada seluruh anggota Teamn IFRC-FT USU yang sudah membantu dalam
penelitian penelitian baik dari segi moral maupun moril
DAFTAR PUSTAKA
[1] Isroi, Pengolahan TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit),1998.
[2] Chawla,K.K., Composite Materials. First Ed. Berlin: Springer-Verlag New
York Inc., 1987.
[3] Sari, Wulan. Karakterisktik Fisis Batako Dengan Pemanfaatan Abu Jeram
Padi. 2010.
[4] SNI 03-0349-1989, beton.
[5] Simanjuntak, Vivi H. Pembuatan dan Karakteristik Batako Ringan Dengan
Memanfaatkan Sabut Kelapa Sebagai Agregat Untuk Bahan Kedap Suara.
2011.
[6] Fitriadi, Nuzuli. Penyelidikan Perilaku Mekanik Material Concrete Foam
Diperkuat Serat TKKS Terhadap Beban Statik dan Impak. 2014. Tesis pada
Magister Teknik Mesin USU Medan; tidak diterbitkan.
[7] Susanto, Ricki. Fisika Dasar, Pustaka Utama. Jakarta .1995.