Pengukuran Compressive Strength Benda Padat

Transkripsi

1 Compressive Strength 1 Pengukuran Compressive Strength Benda Padat Mei Budi Utami ( ), Nur Aisyiah ( ), Firman Maulana Ikhsan ( ), Dewi Puji Lestari ( ), Muhimatul Fadilah ( ) Diana ( ), Ninis Nurhidayah ( ), Erlin Nasocha ( ), Oktaviana Retna ( ), Arief Danar Ibnu ( ) Dosen Pembimbing : Drs. Djoni Izak Rudyardjo Laboratorium Material, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Abstrak Telah dilakukan percobaan pengukuran compressive strength yakni uji tekan pada benda padat untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu bahan. Suatu logam mempunyai sifat-sifat tertentu yang dibedakan atas sifat fisik, mekanik, thermal, dan korosif. Salah satu yang penting dari sifat tersebut adalah sifat mekanik. Sifat mekanik terdiri dari keuletan, kekerasan, kekuatan, dan ketangguhan. Salah satu pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik dan tekan. Uji tarik (Tensile strength) dan uji tekan (Compressive strength) adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu secara lambat. Dalam uji tekan digunakan alat bernama autograph tipe AG-10-TE shimadzu. Spesiment diberikan suatu gaya yang akan spesiment tersebut bisa patah. Uji tekan ini diperlukan untuk mengetahui kekuatan suatu material. Dalam uji tekan menggunakan bahan pil tablet didapatkan nilai Compressive strength sebesar 4,62 ± 0,27 x 10 5 N/ m 2. Kata kunci : Tensile Strength, Corrosive Strength, Modulus Elastisitas benda padat PENDAHULUAN Sifat sifat mekanik zat padat seperti kekuatan Tarik (tensile strength), kekuatan tekan (compressive strength), modulus elastisitas M ( modulus young, modulus geser dan modulus bulk), keuletan, ketangguhan, kekerasan, dan kekuatan impak merupakan sifat-sifat fisis zat padat yang perlu mendapatkan perhatian bagi para peneliti yang melakukan rekayasa bahan karena sifat-sifat ini memberikan peranan penting bagi terciptanya suatu bahan yang sesuai dengan yang dikehendaki. Masingmasing bahan padat seperti logam, keramik, polimer, semi konduktor, dan super konduktor memiliki sifat-sifat mekanik yang berbeda satu sama lain. Hal inilah yang menyebabkan adanya perbedaan aplikasi bagi bermacam-macam benda padat tersebut diatas. Sebagai contoh, logam memiliki tingkat keuatan yang lebih tinggi dari pada polimer. Oleh karenanya logam banyak digunakan untuk peralatan yang membutuhkan kekuatan yang besar (alat-alat di industri, komponen peralatan transportsi

2 Compressive Strength 2 dll), sementara polimer banyak digunakan untuk alat-alat rumah tangga. Mengingat pentingnya pengetahuan tentang sifat-sifat mekanik dalam rekayasa bahan, maka akan dilakukan pengukuran beberapa sifat-sifat mekanik zat padat dengan cara menggunakan autograph tipe AG-10 TE Shimadzu. Sifat-sifat mekanik yang akan diukur adalah stress (tegangan),strain (regangan), kekuartan tarik (tensile strength), kekuatan tekan (compressive strength), modulus elastisitas,modulus geser dan modulus Bulk. DASAR TEORI 1. Stress (Tegangan) Stress atau tegangan didefinisikan sebagai perubahan gaya tehadap luas penampang daerah yang dikenai gaya tersebut (Van Vlack, 1991). Dalam satuan internasional, stress memiliki lambang S dan satuan N/m 2. Gaya yang bekerja pada benda menyebabkan terjadinya perubahan ukuran benda. Pengaruh vektor gaya terhadap sumbu x menghasilkan besaran tensile stress dengan lambang σ x. Indeks x menyatakan arah vektor gaya. Pengaruh gaya terhadap sumbu y dan sumbu z menghasilkan momen yang disebut besaran shear stress. Untuk sumbu y, shear stress dilambangkan σ xy, sedangkan sumbu z dilambangkan σ xz. Hubungan antara besaran-besaran tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut: S = F A = σ xi + σ xy j + σ xz k σ x = F x A dengan i, j, k adalah vektor satuan untuk masing-masing sumbu. 2. Strain (Regangan) Strain atau regangan didefinisikan sebagai perbandingan perubahan panjang benda terhadap panjang mula-mula akibat suatu gaya dengan arah sejajar perubahan panjang tersebut (Van Vlack, 1991). Dalam satuan internasional, strain memiliki lambang ε dengan satuan mm/mm atau %. ε = ΔL = L dengan L adalah perubahan panjang benda dan adalah panjang benda mulamula. Benda padat yang dikenai gay akan mengalami perubahan ukuran. Jika gayanya berupa gaya tarik maka benda akan memanjang, sebaliknya jika gayanya adalah gaya tekan, maka benda akan memendek. Hal ini terjadi jika ukuran benda dimensi panjangnya jauh lebih besar dari lebarnya. Sementara jika ukuran panjang dan lebar suatu benda hampir sama maka akibat adanya gaya akan mengakibatkan terjadinya regangan geser. 3. Modulus Elastisitas Elastisitas didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan.peristiwa ini disebut juga deformasi elastis. Deformasi elastik terjadi bila logam atau bahan padat dibebani gaya. Bila tegangan tersebut

3 Compressive Strength 3 disebabkan oleh gaya tarik maka benda akan bertambah panjang, setelah gaya ditiadakan benda akan kembali ke bentuk semula. Sebaliknya jika tegangan tersebut disebabkan oleh gaya tekan maka akan mengakibatkan benda akan menjadi lebih pendek dari keadaan semula (Van Vlack, 1991). Bila hanya ada deformasi elastik, maka regangan sebanding dengan tegangan. Perbandingan antara tegangan (σ) dengan regangan elastik (ε) disebut modulus elastisitas (modulus Young) yang dapat ditulis sebagai berikut: E = σ ε Persamaan (4) dikenal juga dengan Hukum Hooke. Hukum Hooke berlaku di bawah batas elastik, dimana untuk sebagian besar bahan selama beban atau tegangan tidak melampaui batas elastik, regangan akan sebanding dengan tegangan. Regangan elastik akan sebanding dengan tegangan bila pada bahan/logam hanya terjadi deformasi elastik. Pada pembebanan geser, bekerja dua gaya yang sejajar. Tegangan geser σ s adalah gaya F s dibagi dengan luas bidang geser A s. σ s = F s A s Gaya geser menyebabkan adanya pergeseran sudut α. Regangan geser γ didefinisikan sebagai tangen α. Perbandingan tegangan geser σ s dengan regangan geser γ disebut modulus geser G. G = σ s γ Modulus geser G disebut juga modulus kekakuan, berbeda dengan modulus elastisitas (modulus Young) E. Untuk regangan kecil berlaku hubungan: E = 2G(1 + v) v adalah bilangan Poisson yaitu perbandingan negatif antara regangan melintang ε y dengan regangan tarik ε z. Bilangan Poisson v berada antara 0,25 sampai 0,5, maka nilai G mendekati 35% dari E. Modulus elastik yang ketiga adalah modulus Bulk (modulus curah) dinotasikan dengan K. Modulus ini adalah kebalikan dari modulus kompresibilitas β, sama dengan perbandingan tekanan hidrostatik P h dengan kompresi volum ( V/V). K = P hv ΔV = 1 β Antara modulus Bulk K dan modulus elastisitas E terdapat hubungan: F K = 3(1 2v) Kekuatan tarik (tensile strength) atau kekuatan tekan (compressive strength) menyatakan ukuran besar gaya yang diperlukan untuk mematahkan atau merusak bahan. Diagram antara stress (tegangan) dan strain (regangan) dapat digunakan untuk menentukan sifat mekanik dari suatu bahan. Diagram tersebut menggambarkan perubahan stress terhadap strain bila benda dikenai suatu gaya. Pada titik tertentu akan terjadi

4 Compressive Strength 4 deformasi struktur benda yaitu pada titik dengan tanda X. Diagram umum stress terhadap strain suatu material dapat dilihat pada gambar. 4. Deformasi Plastis Hukum Hooke menyatakan bahwa strain berbanding lurus dengan stress dan hukum ini dipenuhi oleh benda padu daerah elastis. Jika bahan ditarik oleh suatu gaya pada daerah elastis, maka benda tersebut akan mengalami perubahan ukuran, kemudian setelah gaya dihilangkan maka benda akan kembali pada keadaan semula. Pada tegangan yang lebih tinggi (melewati batas elastis), terjadi pergeseran tetap atom-atom dalam suatu bahan disamping regangan elastik.regangan tetap ini tidak mampu kembali pada keadaan semula ketika tegangan ditiadakan.regangan ini disebut regangan plastis (plastic strain). Pada daerah plastis, ukuran benda tidak dapat kembali seperti semula apabila gaya telah dihilangkan. Grafik stress terhadap strain pada daerah elastis adalah linier sedangkan pada daerah plastis menunjukkan harga maksimum ultimate strength. Harga slope grafik linier dinyatakan sebagai modulus Young. Luas daerah total dari kurva menyatakan harga modulus of toughness, sedangkan luas daerah elastis menyatakan harga modulus of resilence. Modulus of toughness (ketangguhan) didefinisikan sebagai energi total yang diserap oleh benda tiap satu satuan volume hingga terjadi deformasi struktur (patah atau robek). Modulus of resilence didefinisikan sebagai energi yang diserap oleh benda tiap satu satuan volume pada daerah elastis.kedua besaran ini berpengaruh pada kerja benda yang pada umumnya berada pada daerah elastis. Keuletan (ductility) ε f menyatakan besarnya regangan plastis sampai patah, dapat dinyatakan dengan persentasi perpanjangan (percent elongation). ε f = L f = ΔL Kekuatan luluh (Yield strength), S y merupakan ketahanan suatu bahan terhadap deformasi plastis dinyatakan dengan besarnya gaya pada saat luluh dibagi luas penampang. METODE PRAKTIKUM Pada praktikum ini menggunakan alat Mesin Autograph tipe AG 10 TE Shimadzu dengan prosedur percobaan sebagai berikut : Pengukuran Kekuatan tekan (Compressive Strength) 1. Menyiapkan bahan uji sebutir pil

5 Compressive Strength 5 2. Pasang aksesoris alat untuk uji Tarik. Piih beban (load cell) yang sesuai dngan kekuatan bahan uji. 3. Letakkan bahan uji pada tempatnya. 4. Nyalakan power supply,tombol 1 dan 2 dinyalakan dan di set up 5. Atur jarak maksimum yang diperlukan 6. Atur kecepatan pembebanan (pilih kecepatan rendah) 7. Pilih range beban(gaya) yang diukur 8. Turunkan load cell perlahan-lahan kemudian di stop,catat besar gaya dan strainnya 9. Ulangi langkah 8,dengan perubahan yang sangat kecil sampai tercapai keadaan atau deformasi plastic atau sampai patah. DATA PENGAMATAN Uji Tekan Diameter tablet (d) : (13,17 0,005) mm Tebal tablet (t) Gaya (F) : (5,44 0,005) mm : 52 0,5 N HASIL DAN PEMBAHASAN Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu bahan dengan menggunakan Compressive strength pil tablet dengan uji tekan dengan menggunakan autograph tipe AG-10 TE Shimadzu. Stress merupakan perbandingan antara gaya terhadap luas penamoang daerah yang dikenai gaya tersebut. Tegangan semacam ini disebut tegangan akibat tarikan, karenakedua potongan batang saling melakukan tarikan satu sama lain. Tegangan ini juga merupakan tegangan normal sebab gaya yang terdistribusi tegak lurus pada luas. Jika arah potongan tersebut dibuat sekehendak, gaya resultan yang dikerjakan terhadap potongan yang satu oleh potongan lainnya dan sebaliknya sama besarnya dan berlawanan arah dengan gaya F di ujung irisan. Tetapi gaya terdistribusi pada bidang yang lebih luas dan arahnya tidak tegak lurus pada bidabg. Tegangan bukan besaran verktor, karena itu tidak dapat memberikan rah tertentu. Gaya yang bekerja terhadap potongan benda itu disisi tertentu suatu irisan ada mempunyai arah yang tertentu. Tegangan termasuk salah satu besaran fisika yang disebut tensor. Pada Uji tekan, bahan pil tablet di masukkan dalam mesin Autograph dan diberi gaya tertentu hingga pil tablet pecah. Gaya pada saat pil tablet pecah disebut kekuatan tekan (compressive strength) yang pada praktikum ini didapatkan nilainya sebesar 4,62 ± 0,27 x 10 5 N/ m 2. Kekuatan tekan (compressive strength) adalah kapasitas dari suatu bahan atau struktur dalam menahan beban yang akan mengurangi ukurannya. Nilai tensile strength dan compressive strength menunjukkan bahwa sampai dimana suatu bahan material dapat menerima tekanan maksimal sebelum material itu mengalami penurunan ukuran. Setiap bahan material memiliki nilai kekuatan terhadap gaya yang berbeda-beda tergantung dari jenis bahan material tersebut. KESIMPULAN Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Pada uji tekan didapatkan nilai Compressive Strength (CS) untuk pil tablet sebesar 4,62 ± 0,27 x 10 5 N/ m 2.

6 Compressive Strength 6 DAFTAR PUSTAKA 1. Callister,W.D, 1985, Material Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, Singapore 2. Lawrence H.Van Vlack, 1995, Ilmu dan Teknologi Bahan, edisi kelima (Penerjemah Sriati Djaprie), Jakarta : Erlangga 3. Askeland., D. R., 1985, The Science and Engineering of Material, Alternate Edition, PWS Engineering, Boston, USA

7 Compressive Strength 7 LAMPIRAN Uji Tekan Nilai Compressive Strength (CS) CS = σ = F A = 2F πdt = 2 x x 106 3,14 13,1 x 10 3 (5,44 x 10 3 = = 4,62 x 10 5 N/m 2 ) 224,96 A = A d A d + t = πt d + πd t t = 3,14 x 5,44 x ,005 x ,14 x 13,17 x ,005 x 10 3 = 0, ,206 x 10 6 = 0,291 x 10 6 m 2 σ = σ F σ F + A A = 1 A F + F A 2 A = 1 224,96x , (224,96 x ,291 x 10 6 ) = 0,22 x ,05 x 10 5 = 0,27 x 10 5 N m 2 Maka CS = σ + σ = 4, 62 ± 0, 27 x 10 5 N/ m 2