## ANALISA RESPON MEKANIK STRUKTUR BATAKO RINGAN DARI BAHAN KOMPOSIT CONCRETE FOAM DIPERKUAT SERAT TKKS TERHADAP BEBAN IMPAK JATUH BEBAS
Randy Brayn 1 , Bustami Syam 2 , Syahrul Abda 3 , M. Sabri 4 . Indra 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email : randy.stoker69@gmail.com

## ABSTRAK
Tandan  Kosong  Kelapa  Sawit  (TKKS)  memiliki  nilai  untuk  direkayasa  menjadi  material alternatif  yang  dapat  dimanfaatkan  dengan  alasan  masih  berlimpahnya  bahan  baku,  mudah diolah  menjadi  bentuk  serat  halus,  dapat  didaur  ulang,  bebas  korosi,  tahan  dan  mampu menyerap  suhu  panas,  serta  ekonomis,  seperti  untuk  pembuatan  papan  partikel.  Tujuan penelitian ini  untuk  menganalisa  respon mekanik  produk  batako ringan  dari  bahan concrete foam diperkuat  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit  (TKKS)  akibat  beban  impak  jatuh  bebas. Pembuatan batako ringan menggunakan mortar; semen = 30%, pasir = 45%, air = 15%. Lalu ditambahkan  bahan  pengembang  =  7%.  Bahan concrete  foam ini  diberi  penguat  matriks berupa serat TKKS = 3%. Dimensi batako ringan 600×200×100 mm. Metode penelitian yang dilakukan  adalah  metode  penelitian  eksperimen.  Data  diperoleh  melalui  pengujian makrostruktur  dan  impak  jatuh  bebas.  Hasil  pengujian  impak  jatuh  bebas  ketinggian  0,5  m tegangan rata-rata 0,0035 MPa , tegangan lentur 8,1 MPa dan energi impak 105 joule terjadi patah. ketinggian 1 m tegangan rata-rata 0,0057 MPa , tegangan lentur  12,9 MPa dan energi impak 524,5 joule terjadi patah. ketinggian 1,5 m tegangan rata-rata 0,0075 MPa , tegangan lentur  16,4  MPa  dan  energi  impak  1118  joule  terjadi  patah.  Rata-rata  area  porositas  pada specimen batako ringan adalah 15.19%.
Kata  kunci:  Limbah  Tandan  Kosong  Kelapa  Sawit,  Material Engineering , Concrete  Foam , Beban Impak Jatuh Bebas, Batako Ringan

## 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 rasio perbandingan  antara  semen  dan  pasir  adalah  1:7.  Batako  ringan  difokuskan  sebagai  konstruksi- konstruksi dinding bangunan nonstruktural. Bentuk dari Batako ringan/batu cetak itu sendiri terdiri dari dua jenis, yaitu batu cetak yang berlubang ( hollow block ) dan batu cetak yang tidak berlubang ( solid block ) serta mempunyai ukuran yang bervariasi [1].
Batako  ringan  dari  beberapa  pengertian  diatas  dapat  ditarik  kesimpulan  tentang pengertian  batako  ringan  adalah  salah  satu  bahan  bangunan  yang  berupa  batu-batuan  yang pengerasannya tidak dibakar dengan bahan pembentuk yang berupa campuran pasir, semen, air dan dalam  pembuatannya  dapat  ditambahkan  dengan  bahan  tambah  lainnya  ( additive ).  Batako  ringan dibuat  melalui  proses  pemadatan  sehingga  menjadi  bentuk  balok-balok  dengan  ukuran tertentu.Proses pengerasan batako ringan tanpa melalui pembakaran dan disimpan pada tempat yang lembab atau tidak terkena sinar matahari langsung atau hujan.
Dalam  pembentukan  batako  ringan  yang  selama  ini  menggunakan  perbandingan antara semen dan pasir 1:7  merupakan komposisi yang cukup besar dalam hal ongkos produksinya. Ongkos produksi  dapat  dikurangi   dengan cara  menggantikan komposisi yang ada dan menambah
bahan pengganti yang lebih  murah. Seperti yang  kita ketahui fungsi dari  batako ringan itu sendiri adalah sebagai pasangan dinding dan bukan menjadi pondasi utama dari sebuah bangunan. Dalam hal ini kita dapat mencoba proses pembuatan Batako ringan dengan menggunakan bahan concrete foam yang diperkuat oleh serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS).
TKKS  merupakan  salah  satu  limbah  terbesar  yang  dihasilkan  dari  pengolahan kelapa sawit.TKKS dapat mencapai 230 kg dari setiap 1 ton pengolahan tandan buah segar [2]. 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 [2].
Berdasarkan  hasil  penelitian  Nuzuli  fitriadi,  batako  ringan  dengan  spesimen    tipe B4 dengan ukuran Ø19×300 mm, jarak impak 50 mm dan tekanan 0,3 MPa diperoleh tegangan tarik rata-rata  sebesar  4,54  MPa  dan  nilai  modulus  elastisitas  dinamik  5,82  GPa.  Hasil  modulus elastisitas concrete foam diperkuat serat TKKS jauh lebih mampu untuk menerima atau menyerap tumbukan  akibat  beban  impak  dibandingkan  dengan  batako  ringan  yang  terdapat  di  pasaran. Sehingga  diperlukan  penelitian  lebih  lanjut  mengenai  komposisi concrete  foam diperkuat  serat TKKS  yang  diterapkan  untuk  pembuatan  batako  ringan  agar  mendapatkan  secara  detail  tegangan yang dapat diserap oleh batako ringan tersebut dengan metode pengujian impak jatuh bebas [3].

## TINJAUAN PUSTAKA
Komposit  adalah  campuran  dua  material  atau  lebih  yang  dicampur  secara  makroskopik  untuk menghasilkan suatu material  baru.  Artinya penggabungan sifat-sifat unggul dari pembentuk masih terlihat nyata.

## Batako Ringan
Batako  ringan  dapat  dibagi  dalam  tiga  golongan  berdasarkan  matrik  penyusunan,  bentuk  dan pemakaiannya.
Batako  ringan  diperoleh  dengan    memasukkan    udara    dalam  adukan  atau  mortar.  Dengan demikian  akan terjadi pori-pori udara  berukuran  0,1-1 mm dalam  batakonya. Memiliki berat isi 900-1400 kg/m 3 dan biasanya digunakan untuk keperluan pasangan dinding.

## Foam Agent
Foaming  agent adalah  bahan  yang  harus  mempunyai  formula  kimia  dengan  sifat-sifat  antara  lain berupa  surfactant  (surface  active  agent)  dan  stabilizer.  Foaming  agent  digunakan  sebagai  bahan untuk  menghasilkan  foam  (busa)  guna  mengembangkan  volume  adonan  batako  ringan.  Bahan  ini diharuskan mempunyai kemampuan menyangga pengembangan adonan sampai setting time adonan tercapai  (biasanya  selama  2  jam  sejak  proses  mixing).  Selama  2  jam foam tidak  boleh collaps (pecah) sehingga densitas bata ringan dapat dicapai.

## Beban Impak Jatuh Bebas
Beban  impak  jatuh  bebas  diperumpamakan  sebagai  sebuah  benda  jatuh  bebas  dari  keadaan  mula berhenti  mengalami  pertambahan  kecepatan  selama  benda  tersebut  jatuh.  Perbandingan  waktu
dengan  kecepatan  seperti  terlihat  pada  tabel  2.2  dan  grafik  v-t  seperti  ditunjukkan  pada    gambar yang merupakan sebuah garis lurus sehingga percepatan seragam
Tabel 2.1. Waktu dan kecepatan benda jatuh Waktu,
t (s) 0 1 2 3 4 5 Kecepatan, V (m/s) 0  9,8  19,6  29,4  39,2  49
Pada gambar diatas dapat dilihat grafik kecepatan vs waktu. Benda jatuh tanpa kecepatan awal (v o = 0 m/s). Semakin ke bawah gerak benda semakin cepat. Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi (a= g= 9,8 ms -2 ).
Untuk kasus jatuh bebas, besar kecepatan diperoleh dengan persamaan 2.6.
h g V . 2 = ………………………….…(2.6)
dimana v = kecepatan benda jatuh bebas, (m/s). g = gaya grafitasi, (m/s 2 ). h = ketinggian jatuh benda, (m).

## Teori Momentum dan Impuls
Sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan dengan hasil kali massa dengan kecepatan benda tersebut.  Hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan (2.8).
v m M . = ............................................(2.8)
dimana M  = momentum, (kg.m/s). m  =  massa, (kg). v   = kecepatan, (m/s).
Impuls  adalah  lonjakan  gaya  tiba-tiba  pada  selang  waktu  waktu  tertentu  yang  merupakan hasil kali gaya dengan selang waktu yang diperlukan. Ini dapat dinyatakan dalam persamaan (2.9).
t F I . = ..............................................(2.9)
dimana:
I =  implus F = gaya (N) t = waktu (s)

## Porositas
Porositas  adalah  besarnya  persentasi  ruang-ruang  kosong  atau  besarnya  kadar  pori  yang terdapat  pada  beton  dan  merupakan  salah  satu  faktor  utama  yang  mempengaruhi  kekuatan  beton. Pori-pori  beton  biasanya  berisi  udara  atau  berisi  air  yang  saling  berhubungan  dan  dinamakan dengan  kapiler  beton.  Kapiler  beton  akan  tetap  ada  walaupun  air  yang  digunakan  telah  menguap sehingga  kapiler  ini  akan  mengurangi  kepadatan  beton  yang  dihasilkan.  Dengan  bertambahnya volume pori maka nilai porositas juga akan semakin meningkat  dan hal  ini memberikan pengaruh buruk terhadap kekuatan beton.
Beton mempunyai kecenderungan berisi rongga akibat adanya gelembung-gelembung udara yang  terbentuk  selama  atau  sesudah  percetakan.  Hal  ini  penting  terutama  untuk  memproleh campuran  yang  mudah  untuk  dikerjakan  dengan  menggunakan  air  yang  berlebihan  daripada  yang dibutuhkan  guna  persenyawaan  kimia  dengan  semen.  Air  ini  menggunakan  ruangan  dan  bila kemudian  kering  akan  menimbulkan  rongga-rongga  udara.  Dapat  ditambahkan  bahwa  selain  air yang  mengawali  pemakaian  ruangan  dan  kelak  menjadi  rongga,  terjadi  juga  rongga-rongga  udara langsung  pada  jumlah  persentase  yang  kecil.  Hal  lain  adalah  terdapatnya  pengurangan  volume absolut  dari semen dan air setelah reaksi  kimia dan terjadi pengeringan sedemikian rupa sehingga pasta  semen  sudah  kering  akan  menempati  volume  yang  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  pasta yang masih basah, berapapun perbandingan air yang digunakan [4].

## Metode Penelitian

## 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 dicampur serat 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
olah data
5.
Simulasi IC STAR

## computer

## Alat dan Bahan
Beberapa alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
− Alat uji impak jatuh bebas
− Horizontal shaft mixer
− Kompressor
− Foam generator
− Timbangan digital
− Wadah adukan
− Mesin penghalus serat
− Software Solidwork & ANSYS
− Cetakan
− Gelas ukur
Bahan-bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah: − Pasir
− Semen
− Air bersih
− Foaming agent
− Serat TKKS

## Proses Pembuatan  Serat  TKKS
Serat TKKS diperoleh dari hasil pengolahan tandan kosong kelapa sawit dengan beberapa tahapan proses. Tahapan tersebut adalah:
1. Perendaman TKKS dalam air yang mengandung larutan NaOH 1% selama 24 jam.
2. Pencucian dengan air bersih.
3. Pengeringan dengan cara menjemur serat ini pada sinar matahari selama ±3 hari atau dapat juga menggunakan mesin pengering.
4. Pencacahan serat menjadi bagian-bagian kecil (5 s.d. 10 cm).
5. Penghalusan serat dengan menggunakan mesin penghalus serat.

## Proses Pembuatan Batako Ringan
Tahapan pembuatan batako ringan adalah sebagai berikut:
1. Pasir  diayak  untuk  mendapatkan  ukuran  butir  yang  sama  dan  memisahkan  partikel  lain  yang tidak dibutuhkan seperti kotoran kayu, daun kering, dll.
2. Semen  diayak  untuk  memisahkan  gumpalan-gumpalan  semen  yang  disebabkan  oleh kelembaban lingkungan penyimpanan.
3. Serat disiapkan dan ditimbang sesuai dengan komposisi yang telah ditentukan
4. Bahan-bahan ditimbang sesuai komposisi seperti ditunjukkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2. Komposisi bahan dalam satuan gram Seme Pasir Air Bahan TK
n
Pengembang KS (1) (2) (0,5) Foam (1) Air (60)  (4%) 5000 7500  2500 20,8 1080 500

## 5. Mesin horizontal shaft mixer dihidupkan
6. Pasir,  semen,  dan  serat  TKKS  diaduk  ke  dalam  mesin  horizontal  shaft  mixer  sampair  semua tercampur secara merata.
7. Air ditambahkan ke dalam campuran.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil pembuatan batako ringan.
Batako ringan yang dicetak mempunyai ukuran panjang 600 mm, lebar 200 mm dan tinggi 100 mm dapat dilihat pada Gambar.
Pada gambar di atas merupakan bentuk wujud batako ringan  hasil cetakan berbentuk persegi panjang dengan dimensi ukuran tertera pada penjelasan di atas.

## Pengujian dengan ketinggian 0,5 m
Grafik  gaya  impak  pada  spesimen  posisi  datar  dengan  ketinggian  0,5  meter,  diperlihatkan  seperti pada Gambar.
Hasil  dari  pengujian  eksperimental  yang  dilakukan  dengan  pengujian  impak  jatuh  bebas  batako ringan dapat ditunjuk pada Gambar.
Dari Gambar dapat dilihat bahwa untuk kategori gaya impak  ketinggian 0,5  meter untuk spesimen A diperoleh gaya impak sebesar 441,9405 N dan spesimen B sebesar 415,3554 N. Pada ketinggian 0,5 m terjadi patah tengah pada spesimen.

## Pengujian dengan ketinggian 1 m
Grafik gaya impak pada spesimen posisi datar dengan ketinggian 1 meter, diperlihatkan seperti pada Gambar.
Hasil  dari  pengujian  eksperimental  yang  dilakukan  dengan  pengujian  impak  jatuh  bebas  batako ringan dapat ditunjuk pada Gambar.
Dari Gambar dapat dilihat bahwa untuk kategori gaya impak  ketinggian 0,5  meter untuk spesimen C diperoleh gaya impak sebesar 698,1777 N dan spesimen D sebesar 671,6907 N. Pada ketinggian 1 m terjadi patah tengah pada spesimen.

## Pengujian dengan ketinggian 1,5 m
Grafik  gaya  impak  pada  spesimen  posisi  datar  dengan  ketinggian  1,5  meter,  diperlihatkan  seperti pada Gambar.
Hasil  dari  pengujian  eksperimental  yang  dilakukan  dengan  pengujian  impak  jatuh  bebas  batako ringan dapat ditunjuk pada Gambar.
Dari  gambar  terlihat  bahwa  untuk  kategori  impak    ketinggian  1,5    meter  untuk  spesimen  E diperoleh gaya impak sebesar 892,6119 N dan spesimen F sebesar 919,0989 N. Pada ketinggian 1,5 m terjadi patah pada spesimen.
Untuk menghitung besar tegangan spesimen, dapat digunakan persamaan 4.1 berikut.

## Tegangan lentur anvil
Suatu  batang  yang  dikenakan  oleh  beban-beban  yang  bekerja  secara  transversal  terhadap  sumbu pemanjangannya. Beban-beban ini menciptakan aksi internal, atau resultan tegangan dalam bentuk tegangan normal,tegangan geser dan momen lentur.
Hasil penelitian menunjukkan adanya tegangan lentur yang terjadi pada anvil sewaktu batako ringan dijatuhkan dari ketinggian tertentu saat pengujian impak jatuh bebas. Tegangan lentur yang terjadi pada anvil dapat dilihat pada Gambar.
Maka rumus untuk mencari besar tegangan lentur pada anvil adalah:
Dimana : m = massa anvil, (kg) g = gaya gravitasi, (m/s 2 ) la = panjang anvil, (m) f = gaya, (newton) b = tebal plat anvil (m) lb = panjang batako (m)
Hasil  perhitungan  tegangan  impak  pada  batako  dan  tegangan  lentur  pada  anvil  dapat  dilihat  pada tabel dibawah.
..........................................(4.1)
Spesime n Ketinggi an (meter) Tegang an (MPa) Teganga n Lentur (MPa) A 0,5 0,0036 9,1 B 0,5 0,0034 7,1 C 1 0,0058 13,1 D 1 0,0056 12,7 E 1,5 0,0074 16,2 F 1,5 0,0076 16,6

## Makrostruktur

## Hasil makrostruktur pada permukaan batako ringan
Hasil  produk  batako  ringan  yang  dianalisa  makrostruktur  permukaannya  menggunakan  aplikasi ImageJ dapat dilihat pada Gambar.
Berdasarkan  hasil  analisa  makrostruktur  bagian  permukaan  batako  ringan  dengan  ukuran  10×10 mm  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  (d),ditemukan  30  titik  porositas  dengan  area  15,64%  per  100 mm 2 penampang permukaan. Besar porositas yang dapat diterima atau ditoleransi pada permukaan sebesar 0,08 mm 2 . Prositas yang terjadi diakibatkan kandungan air dan udara pada struktur batako ringan yang membentuk rongga-rongga kosong pada penampang permukaan batako ringan tersebut.

## Hasil makrostruktur pada potongan dalam batako ringan
Berikut  merupakan  foto  hasil  makrostruktur  pada  potongan  dalam  batako  ringan  yang  ditujukan pada Gambar.
Pada  penampang  permukaan  area  porositas  sebesar  15,64  %  lebih  besar  dari  pada  penampang bagian  dalam  yaitu  sebesar  9,45  %.  Besarnya  porositas  pada  penampang  permukaan  karena pengaruh dari cetakan batako ringan dan pada saat penungang ke dalam cetakan yang tidak merata. Akibatnya gelembung udara tidak terdistribusi dengan baik dan membentuk rongga-rongga kosong.

## Hasil makrostruktur pada patahan batako ringan
Berikut  merupakan  foto  hasil  makrostruktur  pada  patahan  batako  ringan  yang  ditujukan  pada gambar.
Ditemukan  40  titik  porositas  dengan  area  20,45%  per  100  mm 2 penampang  permukaan  potongan batako ringan. Besar porositas yang dapat diterima pada patah sebesar 0,09 mm 2 .

## Kesimpulan
Kesimpulan yang diperoleh dari  hasil penelitian yang dilakukan yakni:
1. Hasil  pengujian  pada  batako  ringan    yang  dikenai  beban  impak  jatuh  bebas.Pada ketinggian  0,5  m  spesimen  A  nilai  Fmax  =441,94  N,    Tegangan  =  0,0036  Mpa,  Tegangan lentur  =  9,1  MPa,  dan  Energi  impak  yang  diserap  =  136  Joule.  Spesimen  B  nilaiFmax  = 415,35  N,  Tegangan  =  0,0034  Mpa,  Tegangan  lentur  =  7,1  MPa  dan  Energi  impak  yang diserap = 74 Joule . Pada ketinggian 1 m terjadi patah. Pada ketinggian 1  m spesimen C nilai Fmax = 698,17 N,  Tegangan = 0,0058 Mpa, Tegangan lentur = 13,1 MPa, dan Energi impak
yang  diserap  =  536  Joule.  Spesimen  D  nilaiFmax  =671,69  N,  Tegangan  =  0,0056  Mpa, Tegangan lentur = 12,7 MPa dan Energi impak yang diserap =513 Joule . Pada ketinggian 1 m  terjadi  patah.  Pada  ketinggian  1,5  m  spesimen  E  nilai  Fmax.  =  892,61  N,  Tegangan  = 0,0074  Mpa,Tegangan  lentur  =  16,2  MPa  dan  Energi  impak  yang  diserap  =  1101  Joule  . Spesimen F nilai Fmax. =  919,09 N,  Tegangan = 0,0076 Mpa, Tegangan lentur = 16,6 MPa dan Energi impak yang diserap = 1136 Joule . Pada ketinggian 1,5 m terjadi patah.

## 2. Makrostruktur
Porositas yang terjadi pada permukaan batako ringan = 15,64% per 100 mm 2 . Besar porositas yang  dapat  diterima  atau  ditoleransi  pada  permukaan  sebesar  0,08  mm 2 .  pada  potongan bagian  dalam  =  9,48%  per  100  mm 2 Besar  porositas  yang  dapat  diterima  pada  potongan sebesar 0,02 mm 2 . pada patahan = 20,45% per 100 mm 2 Besar porositas yang dapat diterima pada patah sebesar 0,09 mm 2. Maka, rata-rata area porositas pada spesimen batako ringan = 15,19%.

## 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. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ade Irwan, ST, Bapak  Yusuf,  Bapak  Nuzuli,  Bapak  Irwansyah  dan  seluruh  anggota  IFRC  yang  telah  membantu penulis dalam pembuatan dan penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1] Basuki, Achmad. Material Komposit.PT. Pradya Paramita. Jakarta. 2012.
[2] Isroi, Pengolahan TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit), 1998.
[3] NuzuliFitriadi, Penyelidikan  Perilaku  Mekanik  Material  Concrete  Foam  Diperkuat  Serat TKKS  Terhadap  Beban  Statik  Dan  Impak ,  Universitas  Sumatera  Utara,  2014.  Tesis  pada Magister Teknik Mesin USU Medan: tidak diterbitkan.
[4] L.J. Murdock dan K.M. Brook (Alih bahasa Stepanus Hendarko). 1991. Bahan dan Praktek Beton . Jakarta: Erlangga.
[5] Sperling,  L.H. Introduction  to  Physical  Polymer  Science .  John  Wiley  &  Sons,  Inc. NewYork.1986.