LPPM Politeknik Bengkalis
STUDI EKSPERIMENTAL PERILAKU RETAK PADA PLASTER GIPSUM YANG DIKENAI BEBAN IMPACT Ibnu Hajar & Suhardiman Teknik Mesin Politeknik Bengkalis Jl. Batin Alam, Sei Alam, Bengkalis-Riau
[email protected] dan
[email protected] Abtrak Makalah ini merupakan laporan hasil studi eksperimental tentang pengaruh beban impact terhadap perilaku retak pada plaster gipsum. Masalah keretakan sering ditemukan pada material gipsum akibat adanya beban impact. Tujuan pengujian ini untuk mendapatkan sifat elastic dan bentuk pecahan pada masing-masing pola dengan variasi tekanan.Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dengan bentuk spesiment tipe T dan O dengan perbandingan komposisi plaster gipsum dan air 1:1 dan pengujian perilaku retak dimulai dari pemberian beban dengan tekanan 0,30MPa, 0,35, 037Mpa, 0,39Mpa, 0,40Mpa, serta diamati bentuk keretakan dan tegangan dari masing-masing pola. Dari hasil pengujian diperoleh naiknya beban tekanan yang diberikan menyebabkan konsentrasi tegangan pada pola T-type akan meningkat. Simulasi hasil
pengujian di analisa melalui pendekatan teoritis dengan menggunakan software ANSYS for Windows berbasis Metode Elemen hingga sebagai suatu perbandingan konsentrasi tegangan dan daerah specimen yang mengalami keretakan . Kata kunci : Gipsum, beban impact, perilaku retak, tegangan, pengujian
1.
PENDAHULUAN
Plaster Gipsum adalah bahan padat anorganik yang bukan logam. Yang termasuk bahan plaster gipsum ini seperti; semen, bata untuk bangunan, plafon bangunan, batu tahan api, dan lain-lain, telah banyak dipergunakan sebagai bahan konstruksi bangunan. Bidang penggunaan baru bagi gipsum sebagai bahan konstruksi telah banyak dikembangkan sebagaimana terlihat dalam studi yang luas mengenai karbida silikon (SiC) dan nitrida silikon (Si3N4) untuk bahan alat-alat kesehatan, turbin dan motor yang efisien. Pada umumnya gipsum memiliki sifat-sifat yang baik yaitu: ringan, kuat dan stabil pada temperatur tinggi, tetapi bersifat getas dan mudah patah. Oleh sebab itu perlu diketahui sifat-sifat mekanik dari gipsum melalui pengujian-pengujian, salah satunya pengujian impact.
1. Mampu membuat dan mendefinisikan sifat-sifat material spesimen. 2. Mampu melakukan pengujian dengan menggunakan alat uji impac 3. Mengetahui sifat elastis dari plaster gipsum. 4. Mengetahui pola pecahan dari plaster gipsum. Alat dan Bahan 1. 2. 3. 4.
Satu unit alat uji impac kecepatan tinggi. vernier caliper Timbangan Kamera digital
Sedangkan bahan yang digunakanadalah spesimen dari bahan plaster gipsum yang dibuat seperti pada gambar 3.1. Gambar 3.1. Model-model Spesimen
Tujuan Pengujian Tujuan dari pengujian impac terhadap plaster gipsum disini adalah:
Disampaikan Pada Seminar Nasional Industri dan Teknologi [SNIT] 2008 Bengkalis, 03-04 Desember 2008
166
LPPM Politeknik Bengkalis
2. TEORI DASAR Plaster gipsum telah banyak digunakan dan dikembangkan sebagai bahan konstruksi bangunan, bidang kesehatan, konstruksi turbin, motor dan sebagainya. Hal ini disebabkan plaster gipsum memiliki sifat-sifat khas fungsinal dalam elektromagnetik, mekanik, optik, termal, biokimia, dan sifat lainnya. Sifat-sifat plaster gipsum diantaranya adalah:
diperlukan pada alat uji dapat dipasang beberapa sensor dan konverter yang kemudian dihubungkan ke komputer. Pada eksperimen ini alat sensor-sensor untuk mendapatkan data dinamis tidak dipakai, karena dalam pengujian ini dilakukan hanya melihat fenomena pisik meterial plaster gipsum bila dikenai beban impak kecepatan tinggi. 3.
1.
2.
3.
4.
5. 6.
Ringan, berat spesifik berada antara 10003.1. 3 1300 kg/m . Karena plaster gipsum sangat 3.2. ringan, maka pemakian untuk lokasi yang tempat tinggi seperti plafon, atap, dan dinding lebih aman digunakan. Bahan penyerap suara yang baik, plaster gipsum dapat digunakan melapisi dinding ruangan yang berfungsi mereduksi suara. Tahan terhadap panas, dan dibanding dengan pelastik alporas tidak menimbulkan gas yang beracun. Sebagai isolator elektromagnetik. Ada beberapa cara menahan gelombang elektromagnetik, termasuk pelapisan seng, cat, galvanisasi, dan saringan kunduksi, tetapi karena sifat plaster gipsum yang isolator elektromagnetik bisa digunakan tanpa melalui proses pelapisan. Pengantar panas rendah (isolasi themal). Mudah dibentuk, karena dengan pengadukan dengan air kemudian dituangkan dalam cetakan sehingga didapatkan bentuk yang diinginkan.
2.1. Pengujian Impak Plaster Gipsum Untuk mendapatkan sifat-sifat material dari plaster gipsum maka diperlukan beberapa pengujian. Dari beberapa sifat alporas yang diuji di antaranya adalah buffet effect yang diuji dengan menggunakan pengujian impak . Pengujian impak kecepatan tinggi merupakan jenis pengujian dinamis dengan perantara proyektil sebagai peluru (alat tumbukan), sumber tenaga (power) pemicu dari peluru bisa digunakan gas bertekanan tinggi yang diperangkap dalam tabung dan diteruskan ke proyektil melalui gas gun barrel (selongsong). Untuk mendapatkan data-data tembakan yang
METODE PENGUJIAN
Persiapan Spesimen Bahan spesimen adalah plaster gipsum yang dibuat dengan bentuk ukuran seperti pada gambar 3.1 dan tabel 3.1. Tabel 3.1. Ukuran Spesimen Tipe T–1 T-2 R–1 R-2
O
W (mm) 120 240 120 240 D1 (mm) 400
L (mm) 240 240 240 240 D2 (mm) 210
R (mm)
30 60
Th (mm) 5 5 5 5
20
Metoda Pengujian Metoda pengujian adalah memakai metoda one point yaitu benda/spesimen ditumpu pada satu ujungnya dan dikenai beban pada ujung lainnya seperti yang ditunjukan pada gambar 3.1. Prinsip kerja pengujian adalah spesimen yang telah diletakan pada tumpuan kemudian diberi beban tumbukan dari proyektil. Proyektil mendapat gaya/tekanan dari gas bertekanan akan meneruskan gaya translasi sihingga menumbuk spesimen. Gambar 3. 4. Metoda one point
Disampaikan Pada Seminar Nasional Industri dan Teknologi [SNIT] 2008 Bengkalis, 03-04 Desember 2008
167
LPPM Politeknik Bengkalis
3.3.
Set-up Peralatan
Set-up peralatan pengujian impak kecepatan tinggi ditunjukan pada gambar 3. Gambar 3.5. Set-up peralatan.
Jarak batang penerus di selongsong bar (8) dengan ujung proyektil (10) diatur dengan jarak 0,4 m tang diukur dengan memakai selang pelastik (9) Tekanan setiap spesimen diatur lalu tombol (6) ditekan. Setelah proses impak selasai (piont 6), spesimen diambil dan diamati Prosedur dari point 2 sampai point 7 diulangi untuk pengujian berikutnya Setelah pengujian selasai gas/udara dalam tabung (7) dikeluarkan sampai tekanan pada manometer tabung (4) menunjukan angka nol, kemudian saklar power (1) di off-kan. 4.
Keterangan: 1. Saklar power 2. Saklar kompresor 3. Motor 4. Manometer 5. Safety valve
6. Tobol ON/OFF 7. Tabung udara 8. Selongsong bar 9. Slang plastik 10. Proyektil
Gambar 3.6. Penentuan jarak proyektil
Tipe spesimen dibuat 5 jenis keudian diukur volume dan massa sehingga didapatkan massa jenisnya (ρ), seperti pada tabel 4.1 Tabel 4.1. Data Spesimen Tipe
R-1 T-1
sticker bar
HASIL PENGUJIAN
R-2
T-2
3.4. Prosedur Pengujian
No
W (mm)
L (mm)
R (mm)
T (mm)
1
120
240
30
5
112,935
0.1319
2
120
240
30
5
112,935
0.1236
30
Tekanan udara pada pada tabung (4)menunjukan posisi pengisian udara dari kompresor, tekanan kerja diatur pada manometer (4) sesuai dengan kondisi pengujian. Spesimen (11) diletakan pada tumpuan (!2) dan ujung proyektil disentuhkan pada permukaan spesimen
O
Massa (kg)
3
120
240
5
112,935
0.1208
4
120
240
5
108,000
0.118
5
120
240
5
108,000
0.1162
6
120
241
5
108,450
0.1224
7
240
240
60
5
211,740
0.2153
8
240
240
60
5
211,740
0.2455
9
240
240
60
5.7
241,384
0.25
10
240
242
5.5
239,580
0.2416
11
240
241
5.7
247,266
0.2832
5.5
239,580
0.2677
12
Saklar power (1) di on-kan Saklar kompresor (2) di on-kan (biru), dimatikan (warna merah) apabila tekanan kerja telah dicapai.
Vol (mm3)
240
242
D1
D2
1
210
400
22
2,001,593
2.2184
2
210
400
22
2,001,593
2.2548
3
210
400
21
1,910,612
2.1867
Th
4.1. Hasil Pengujian Laboratorium Hasil pengujian dengan Impac dapat dilihat pada gambar 4.1 dan tabel 4.2
Disampaikan Pada Seminar Nasional Industri dan Teknologi [SNIT] 2008 Bengkalis, 03-04 Desember 2008
168
LPPM Politeknik Bengkalis
Gambar 4.1. Spesimen Sebelum dan Sesudah di Impac. Tipe
Sebelum di Impac
Sesudah di Impac
T-2
R-1
O
T-1
Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Gaya Nomor Tekanan Impac (N) Fenomena Retakan Spesimen kerja (MPa)
R-2
94
Retak pada beberapa bagian
0,35
110
Pecahannya lebih banyak dan hancur
3
0,35
110
Retak pada beberapa bagian
4
0,35
110
Retak pada beberapa bagian
5
0.37
116
Pecahannya lebih banyak dan hancur
6
0.35
110
Pecahannya lebih banyak dan hancur
7
0.40
126
Pecahannya lebih banyak dan hancur
8
0,39
123
Retak pada beberapa bagian
9
0,38
119
Retak pada beberapa bagian
10
0,38
119
Pecahannya lebih banyak dan hancur
11
0,38
119
Retak pada beberapa bagian
1
0,30
2
Disampaikan Pada Seminar Nasional Industri dan Teknologi [SNIT] 2008 Bengkalis, 03-04 Desember 2008
169
LPPM Politeknik Bengkalis
Gaya Nomor Tekanan Impac (N) Fenomena Retakan Spesimen kerja (MPa) 119
Pecahannya lebih banyak dan hancur
0,25
79
Retak pada beberapa bagian
2
0,25
79
Retak pada beberapa bagian
3
0,3
94
Pecahannya lebih banyak dan hancur
12
0,38
1
4.2. Analisis dengan ANSYS
5.
KESIMPULAN
Massa jenis Plaster Gypsum berkisar antara 1064 kg/m3 sampai 1126 kg/m3 Spesimen tipe (O) walaupun volumenya lebih besar tetapi mengalami retak/pecah dengan tekanan yang lebih rendah dari spesimen tipe T. Spesimen tipe (O) lebih rapuh dari spesimen tipe (T) karena geometrinya menimbulkan momen bengkok, sedangkan spesimen tipe (T) tidak mempunyai momen bengkok pada arah aksial. 1. Spesimen tipe (T) retak/pecah pada tekanan 0,30 – 0,40 MPa, sedangkan spesimen tipe (O) retak/pecah pada tekanan 0,25 – 0,3 Mpa. 2. Hasil pengujian di laboratorium ekuivalen dengan hasil analisis dengan ANSYS, dimana retakak/pecahan terjadi pada bagian yang tegangannya lebih besar seperti terlihat pada diagram Stress pada ANSYS. 3. Retakan terjadi pada bagian ang bersudut karena terdapat tegangan yang lebih pada bagian tersebut. DAFTAR PUSTAKA Johnson, W, Impact Strenth of Materials, Edward Arnold, London, 1972 Daimaruya Masashi, Kobayashi Hidetoshi, and Syam Bustami, Dynamic Behavior of Plates With T-Type Configuration Subjected to Impact Loading, Muroran Institute of Tecnology, Japan, 1993. Kida, S and J, Oda, On Fracture Bahavior od Brittle Cantilever Beam Subjected to Lateral Impact Load, Experimental Machanics, 1982, pp.69-74 O.C. Zienkiewicz and Taylor, R.L, The Finite Element Method, 4th ed, vol.1, McGrawHill,UK. 1989. Noname. ANSYS. Workbook Realease 5.4. Third Editions, SAS IP.
Disampaikan Pada Seminar Nasional Industri dan Teknologi [SNIT] 2008 Bengkalis, 03-04 Desember 2008
170
