PSZ 19:16 (Pin. 1/97)

UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA

BORANG PENGESAHAN STATUS TESIS

JUDUL: ANALISIS KEJURUTERAAN PENGUATAN SEMULA STRUKTUR TANGKI

PENYIMPANAN AIR GFRP BERBENTUK SELINDER

SESI PENGAJIAN: 2006 / 2007

Saya : ISLAHUDDIN BIN MD SAHAT

(HURUF BESAR) mengaku membenarkan tesis tesis (PSM/Sarjana/Doktor Falsafah)* ini disimpan di Perpustakaan Universiti Teknologi Malaysia dengan syarat-syarat kegunaan seperti berikut :

1. Tesis ini adalah hakmilik Universiti Teknologi Malaysia 2. Perpustakaan Universiti Teknologi Malaysia dibenarkan membuat salinan untuk tujuan pengajian

sahaja. 3. Perpustakaan membuat salinan tesis ini sebagai bahan pertukaran di antara institusi pengajian tinggi. 4. **Sila tandakan ( )

SULIT (Mengandungi maklumat yang berdarjah keselamatan atau kepentingan Malaysia seperti yang termaktub di dalam AKTA RAHSIA RASMI 1972)

TERHAD (Mengandungi maklumat TERHAD yang telah ditentukan oleh organisasi/ badan di mana penyelidikan dijalankan)

TIDAK TERHAD

Disahkan oleh

_______________________________________ _______________________________ (TANDATANGAN PENULIS) (TANDATANGAN PENYELIA) Alamat Tetap : PD 93, JALAN NANGKA 5, EN. SHUKUR BIN HJ. ABU HASSAN

TAMAN BUKIT NANGKA, Nama Penyelia 78000, ALOR GAJAH, MELAKA.

Tarikh : Tarikh : CATATAN : * Potong yang tidak berkenaan ** Jika Tesis ini SULIT atau TERHAD, sila lampirkan surat daripada pihak berkuasa/ organisasi berkenaan dengan menyatakan sekali tempoh tesis ini perlu dikelaskan sebagai SULIT atau TERHAD. ♦ Tesis dimaksudkan sebagai tesis bagi ijazah Doktor Falsafah dan Sarjana secara penyelidikan atau disertai bagi pengajian secara kerja kursus dan penyelidikan, atau Laporan Projek Serjana Muda (PSM).

UTM(FKM)-1/02

Fakulti Kejuruteraan Mekanikal

Universiti Teknologi Malaysia

PENGESAHAN PENYEDIAAN SALINAN E-THESIS

Judul tesis : ANALISIS KEJURUTERAAN PENGUATAN SEMULA STRUKTUR TANGKI PENYIMPANAN AIR GFRP BERBENTUK SELINDER

Ijazah : SARJANA MUDA KEJURUTERAAN MEKANIKAL (TULEN)

Fakulti : FAKULTI KEJURUTERAAN MEKANIKAL

Sesi Pengajian : 2006/2007

Saya ISLAHUDDIN BIN MD SAHAT

(HURUF BESAR)

No Kad Pengenalan 820119-04-5075 mengaku telah menyediakan salinan e-thesis sama seperti

tesis asal yang telah diluluskan oleh panel pemeriksa dan mengikut panduan Penyediaan Tesis dan

Disertasi Elektronik (TDE), Sekolah Pengajian Siswazah, Universiti Teknologi Malaysia, November

2002.

.................................. ..........................................................

(Tandatangan pelajar) (Tandatangan penyelia sebagai saksi)

Alamat tetap:

PD 93, JALAN NANGKA 5, Nama penyelia: EN. SHUKUR B. HJ. ABU HASSAN

TAMAN BUKIT NANGKA, Fakulti: FAKULTI KEJURUTERAAN

78000, ALOR GAJAH, MELAKA. MEKANIKAL

Tarikh: 5 DISEMBER 2006 Tarikh: 5 DISEMBER 2006

Nota: Borang ini yang telah dilengkapi hendaklah dikemukakan kepada FKM bersama penyerahan

CD.

“Saya akui bahawa saya telah membaca karya ini dan pada pandangan saya karya ini

adalah memadai dari segi skop dan kualiti untuk tujuan penganugerahan Ijazah

Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal (Tulen)”.

Tandatangan : ..................................................................

Nama Penyelia : EN. SHUKUR BIN HJ. ABU HASSAN

Tarikh : 5 DISEMBER 2006

ANALISIS KEJURUTERAAN PENGUATAN SEMULA

STRUKTUR TANGKI PENYIMPANAN AIR GFRP BERBENTUK

SILINDER

ISLAHUDDIN B MD SAHAT

Tesis ini dikemukakan sebagai memenuhi sebahagian daripada syarat

penganugerahan Ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal (Tulen)

Fakulti Kejuruteraan Mekanikal

Universiti Teknologi Malaysia

DISEMBER 2006

ii

“Saya akui bahawa karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali beberapa

bahagian dan ringkasan yang tiap satunya telah saya jelaskan sumbernya’

Tandatangan : ......................................................

Nama Penulis : ISLAHUDDIN B. MD SAHAT

Tarikh : 5 DISEMBER 2006

iii

Untuk arwah abah, moga roh mu dicucuri rahmat Allah S.W.T.

Untuk emak yang disayangi,

Untuk keluarga yang terlalu banyak memberikan dorongan dan sokongan,

untuk sahabat-sahabat yang sama-sama berjuang selama ini...

iv

PENGHARGAAN

Segala puji-pujian bagi Allah S.W.T. yang amat pemurah lagi maha

mengasihani. Alhamdulillah, dengan petunjuk dan hidayah dari Nya, laporan projek

sarjana muda ini telah berjaya disempurnakan meskipun terdapat banyak

kekurangan. Di kesempatan ruang yang diberikan, saya ingin merakam setinggi-

tinggi penghargaan dan ucapan terima kasih kepada penyelia projek, En. Shukur bin

Haji Abu Hassan di atas segala bimbingan, nasihat serta pandangan sepanjang

tempoh kajian dijalankan.

Penghargaan yang tidak terhingga juga ditujukan buat emak dan keluarga

yang tidak jemu-jemu memberikan sokongan serta semangat untuk terus berjuang di

sepanjang tempoh pengajian ini. Jasa dan pengorbanan kalian tidak akan dilupakan

buat selamanya.

Jutaan terima kasih diucapkan buat sahabat-sahabat yang turut sama dalam

perjuangan ini, Jijang, Lan, Arab, Piji dan sahabat-sahabat yang lain yang selama ini

banyak berkongsi idea dan pengalaman. Akhir kata, semoga kajian ini dapat

memberikan manfaat yang berguna di mas hadapan. Sesungguhnya perkara yang

baik itu datangnya dari Allah dan yang buruk itu datangnya dari kekurangan diri

sendiri

Islahuddin Md Sahat

Ijazah Sarjana Muda Mekanikal (Tulen)

Universiti Teknologi Malaysia

v

ABSTRAK

Tangki penyimpanan air yang diperbuat daripada bahan polimer komposit

gentian kaca/poliester (Glassfibre Reinforced Plastics – GFRP) mempunyai

kelebihannya yang tersendiri dan ini telah dibuktikan melalui kemampuan

penggunaannya di beberapa buah negara maju. Pemilihan bahan komposit GFRP

sebagai struktur utama bagi tangki penyimpanan air ini adalah bertepatan dengan

sifat mekanikal dan fizikalnya yang baik. Namun begitu, masih terdapat masalah

pada kaedah pembinaan tangki jenis ini menyebabkan ia tidak mempunyai kekuatan

dari segi integriti struktur dan seterusnya mengakibatkan kegagalan. Antara faktor

utama yang telah dikenal pasti adalah disebabkan oleh faktor pembuatan. Masalah

kegagalan timbul akibat daripada kaedah pembinaan yang tidak mengikut piawai dan

kaedah yang sewajarnya. Dalam projek ini, satu prosedur penguatan semula dinding

tangki penyimpanan air GFRP berbentuk silinder dihasilkan berdasarkan piawai reka

bentuk yang sedia ada iaitu British Standard 4994:1987.

vi

ABSTRACT

Water storage tank made of Glassfibre Reinforced Plastics (GFRP) have its

own special characteristic and advantages. This can be proof by the ability of the

effectiveness in several rollfoward countries. The selection of GFRP as a main

material to build this tank is a smart choice because GFRP has good physical and

mechanical properties. Nevertheless, this tank still encounter with problem due to

construction method which will make this tank did not have the integrity of the

structure which will lead to tank failure. Manufactures factor have been discovered

as the major problem. This problem occurs because the construction method did not

follow the standard and appropriate procedure. For the purpose of this work, an

externally strengthening design method of GFRP cylindrical water storage tank

procedure is made by referring the Standard Design and Construction of Vessel and

Tanks in Reinforced Plastics, British Standard (BS 4994: 1987)

vii

KANDUNGAN

PERKARA

HALAMAN JUDUL i

HALAMAN PENGAKUAN ii

HALAMAN DEDIKASI iii

HALAMAN PENGHARGAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KANDUNGAN vii

SENARAI JADUAL x

SENARAI RAJAH xi

SENARAI SIMBOL xii

BAB MUKA SURAT

BAB I PENGENALAN

1.0 Pengenalan 1

1.1 Objektif 2

1.2 Skop 2

1.3 Metodologi Kajian 3

BAB II BAHAN POLIMER KOMPOSIT

2.0 Pendahuluan 4

2.1 Bahan Komposit 4

2.1.1 Gentian dan Matriks

viii

2.1.2 Kelebihan dan Kelemahan Komposit

2.1.2.1 Kelebihan Komposit

2.1.2.2 Kelemahan Komposit

2.2 Plastik Diperkuatkan Gentian Kaca (GFRP) 7

2.2.1 Plastik Sebagai Matriks Dalam GFRP

2.2.2 Gentian Kaca Dalam GFRP

2.2.3 Kaedah Pembuatan Gentian Kaca

2.2.4 Kaedah Penghasilan Produk Daripada GFRP

2.3 Kecacatan Pada Bahan Komposit 17

BAB III KAJIAN LITERATUR – REKABENTUK DAN

PERMASALAHAN TEKNIKAL TANGKI PENYIMPANAN

AIR GFRP BERBENTUK SILINDER

3.0 Pendahuluan 20

3.1 Piawaian Rekabentuk Tangki Simpanan Air GFRP 21

3.1.1 British Standard 4994:1987

3.2 Rekabentuk Asas Tangki Simpanan Air GFRP 23

3.2.1 Analisis Tegasan – Beban ke atas Tangki

3.2.2 Kaedah Pembuatan

3.3 Faktor Kegagalan Pada Struktur Binaan Tangki 28

3.4 Kegagalan Tangki Komposit Akibat Faktor Pembuatan 29

3.4.1 Lubang Pada Dinding

3.4.2 Kaedah Pembinaan

3.4.3 Kualiti Pembuatan di Kilang dan di Tapak Pembinaan

3.5 Kaedah Sambungan Dinding ke Dinding 33

3.5.1 Jenis/ Kaedah Sambungan

3.5.2 Jenis Pengikat Mekanikal

3.5.3 Prosedur Melaminat

3.6 Kaedah Pembaikan Tangki 39

3.7 Perkara – Perkara yang Perlu Dititikberatkan 40

3.6.1 Faktor Keselamatan Reka bentuk,K

ix

BAB IV ANALISIS KERUTERAAN KE ATAS SAMBUNGAN DAN

PERBINCANGAN

4.0 Pendahuluan 45

4.1 Analisis Terhadap Sambungan Rivet Antara Dinding ke Dinding 46

4.2 Kaedah untuk Memperbaiki/memperkuat Sambungan Dinding

Tangki GFRP 50

4.2.1 Analisis Kejuruteraan Terhadap Rekabentuk

4.2.2 Kaedah Pemasangan

4.2.3 Kos Pemasangan

4.3 Kesimpulan 55

BAB V KESIMPULAN DAN CADANGAN

5.0 Kesimpulan 57

5.1 Cadangan 58

RUJUKAN 60

LAMPIRAN 62

x

SENARAI JADUAL

NO. JADUAL TAJUK MUKA SURAT

2.1 Komposisi Gentian kaca mengikut jenis (wt,%) 10

3.1 Rajah (5) BS 4994:1987 39

3.2 Analisis tegasan untuk keluli dan bata pada tangki

berbentuk silinder 40

3.3 Jadual 6 BS 4994:1987 41

4.1 Analisis sambungan tindihan pada dinding tangki 47

4.2 Sifat mekanikal beberapa jenis laminat 47

4.3 Analisis kegagalan rivet pada sambungan dinding tangki 49

4.4 Sifat mekanikal rivet (Aloi Aluminium 2018) 49

4.5 Spesifikasi plat CFRP Sika Carbodur 50

4.6 Analisis ke atas saiz plat CFRP untuk setiap aras. 52

4.7 Beberapa jenis saiz tetap plat CFRP Sika Carbodur S 53

4.8 Kos-kos yang terlibat dalam proses penguatan semula

dinding tangki air GFRP berbentuk silinder 55

xi

SENARAI RAJAH

NO. RAJAH TAJUK MUKA SURAT

2.1 Penghasilan gentian kaca 11

2.2 Kaedah Bengkalai tangan menghasilkan produk GFRP 12

2.3 Kaedah semburan 14

2.4 Penghasilan produk GFRP menggunakan belitan filamen 15

2.5 Penghasilan produk GFRP dengan kaedah penarikan 16

2.6 Kesan kemasukan benda asing 18

2.7 Delamination yang berlaku pada struktur laminat 18

2.8 Kegagalan yang berlaku pada komposit 19

3.1 Tekanan yang dialami oleh tangki silinder 24

3.2 Taburan tegasan akibat tekanan hidrostatik 25

3.3 Kaedah pembinaan tangki penyimpanan air GFRP 26

3.4 Kaedah pemasangan tangki 27

3.5 Tegasan yang bertindak pada lubang penghantaran 29

3.6 Tegangan yang dialami oleh dinding tangki berbentuk

silinder 30

3.7 Kegagalan pada sambungan 31

3.8 Kesan retak/pecah akibat daripada kegagalan penuh tangki 32

3.9 Kaedah sambungan 36

3.10 Kaedah sambungan 36

3.11 Kaedah sambungan 36

3.12 Kaedah sambungan 37

3.13 Tangki bata yang diperkuat dengan ‘steel strap’ 38

3.14 Empat contoh lapisan laminat yang tipikal 41

3.15 Rajah 1 BS 4994:1987 45

xii

3.16 Rajah 2 BS 4994:1987 45

4.1 Sambungan menggunakan kaedah perekat 46

4.2 Dimensi bagi sambungan mekanikal (rivet) pada dinding

tangki 48

4.3 Kedudukan plat pada dinding 51

4.4 Kaedah pemasangan Plat CFRP Sika Carbodur S 54

5.1 Cadangan kaedah pemasangan tangki 59

xiii

SENARAI SIMBOL

CSM - Chopped strand mat

WR - Woven Roving

F - Daya

- Beban lingkaran φQ

K - Faktor rekabentuk

UTUS - Regangan muktamad unit kekuatan

Us - Terikan terhad dibenarkan unit beban

Uz - Beban rekabentuk

XLAM - Modulus laminat

Xz - Modulus lapisan

ε - Terikan

ultσ - Tegasan tegangan muktamad

W - Nisbah pecahan berat (weight fraction)

w - Berat (weight)

f - Gentian (fibre)

c - Komposit

v - Isi padu

V - Nisbah pecahan isi padu (volume fraction)

ρ - Ketumpatan (density)

E - Modulus Young

FH - Beban akibat daripada tegasan lilitan

lt - Jarak tindihan

t - Tebal dinding

BAB I

PENGENALAN

Dewasa ini, penggunaan tangki penyimpanan air amat penting di mana ianya

berperanan sebagai tempat untuk menyimpan air bersih secara sementara sebelum

disalurkan sama ada untuk kegunaan domestik mahupun untuk kegunaan industri

dengan mencukupi. Tangki penyimpanan air juga boleh didapati dalam pelbagai

bentuk, saiz dan bentuk bergantung pada keadaan atau keperluan penggunaannya.

Dalam projek sarjana muda ini, tangki penyimpanan air yang diperbuat dari

bahan komposit gentian kaca/poliester (Glassfibre Reinforced Plastics/ GFRP)

berbentuk silinder telah digunakan. GFRP mempunyai sifat-sifat yang tersendiri

seperti ringan, mempunyai nisbah kekuatan terhadap berat yang tinggi berbanding

dengan bahan kejuruteraan yang lain, tahan karat di samping mempunyai ketahanan

terhadap julat suhu yang besar serta mudah dibina dan tidak memerlukan kos

penyelenggaraan yang tinggi.

Penggunaan tangki jenis ini telah terbukti kemampuan penggunaannya di

beberapa buah negara maju. Namun demikian masih terdapat kekurangan dan

kelemahan pada struktur tangki penyimpanan air jenis ini di mana ia boleh

menyebabkan kegagalan pada struktur tangki. Oleh yang demikian, faktor dan aspek

kritikal yang penting dalam proses pembinaan tangki air komposit ini perlulah dititik

2

beratkan agar tidak berlaku sebarang masalah kegagalan yang boleh menyebabkan

kerugian dan kemalangan.

Dalam tesis ini, kajian dilakukan untuk menghasilkan prosedur reka bentuk

bagi tujuan memperkuat dinding tangki penyimpanan air yang diperbuat dari bahan

komposit gentian kaca/poliester berbentuk silinder yang mengalami kelemahan dari

segi keupayaan mekanikal atau disebabkan oleh kegagalan semasa dalam servis.

1.1 Objektif Kajian

Objektif projek ini adalah untuk menghasilkan prosedur reka bentuk bagi

tujuan memperkuat dinding tangki penyimpanan air yang diperbuat dari bahan

komposit gentian kaca/poliester (GFRP) berbentuk silinder.

1.2 Skop Kajian

Skop bagi projek ini adalah seperti berikut:

Membuat kajian literasi ke atas bahan komposit plastik diperkuatkan gentian

kaca (GFRP) serta sifat bahannya.

Membuat kajian literasi terhadap reka bentuk binaan tangki air komposit gentian

kaca/poliester berbentuk silinder.

Membuat kajian literasi terhadap jenis kegagalan yang berlaku pada binaan

tangki air GFRP berbentuk silinder.

Mengenal pasti dan menganalisis punca – punca kelemahan yang ada pada

struktur tangki-tangki FRP.

3

Menghasilkan prosedur reka bentuk bagi tujuan memperkuat dinding tangki

penyimpan air GFRP berbentuk silinder.

Menghasilkan laporan di akhir projek ini.

1.3 Metodologi Kajian

Projek ini dilakukan berdasarkan metodologi yang telah dirangka bagi

memudahkan proses untuk mengumpul maklumat dan seterusnya mencapai objektif

seperti yang telah dinyatakan sebelum ini dengan berpandukan skop kajian yang

telah ditetapkan.

Pada permulaannya, kajian literasi dilakukan terhadap perkara paling asas

iaitu komposit. Kajian ke atas bahan komposit dilakukan secara terperinci di samping

mengenal pasti faktor-faktor yang boleh membawa kepada kegagalan pada komposit.

Kajian lebih tertumpu pada bahan komposit gentian kaca/poliester (Glassfibre

Reinforced Plastics/GFRP).

Langkah seterusnya adalah melakukan kajian ke atas tangki penyimpanan air

jenis komposit bergentian kaca/poliester (Glassfibre Reinforced Plastics/GFRP) yang

sedia ada dan mengenal pasti kegagalan yang boleh berlaku pada tangki seterusnya

mengkaji faktor-faktor awal yang menyebabkan ia berlaku. Kajian lebih tertumpu

pada tangki yang di bina dengan kaedah pemasangan dinding secara menegak untuk

membentuk silinder.

Langkah terakhir yang perlu dilaksanakan adalah menghasilkan prosedur reka

bentuk bagi memperkuatkan struktur tangki penyimpanan air yang diperbuat

daripada bahan komposit gentian kaca/poliester (Glassfibre Reinforced Plastics/

GFRP) berdasarkan piawai reka bentuk yang sedia ada iaitu British Standard

4994:1987. sebelum laporan lengkap mengenai projek ini di sediakan.