commit to user
RANCANGAN ALAT UJI GESER PADA BAHAN KOMPOSIT
SERAT ALAM DENGAN MEMPERHATIKAN ASPEK
KETERULANGAN HASIL PENGUJIAN
Skripsi
Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
SANDI BUDIYONO I 1308531
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang
telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
skripsi ini.
Dalam pelaksanaan maupun penyusunan laporan skripsi ini, penulis telah
mendapatkan bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan yang
sangat baik ini, dengan segenap kerendahan hati dan rasa yang setulus-tulusnya,
ucapan terima kasih penulis haturkan kepada:
1. Orang tua dan saudara-saudaraku yang telah memberikan doa, kasih sayang
dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
2. Ir. Noegroho Djarwanti, M.T. selaku Pembantu Dekan I Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3. Ir. Lobes Herdiman, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Industri Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
4. Taufiq Rochman, STP, MT, selaku Ketua Program S-1 Non Reguler Jurusan
Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta.
5. Ilham Priadythama, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Lobes
Herdiman, M.T, selaku Dosen Pembimbing II yang telah meluangkan
waktunya, dan sabar dalam memberikan pengarahan dan bimbingan sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar.
6. Wakhid Ahmad J, ST, MT, selaku dosen penguji skripsi I dan Ir. Munifah,
MSIE, MT, selaku dosen penguji skripsi II yang telah memberikan masukan
dan perbaikan terhadap skripsi ini.
7. Para staf dan karyawan Jurusan Teknik Industri, atas segala kesabaran dan
pengertiannya dalam memberikan bantuan dan fasilitas demi kelancaran
penyelesaian skripsi ini.
8. Teman-teman Transfer Teknik Industri angkatan ’08, terima kasih atas
semangat, kekompakan serta bantuan kalian selama ini. Semoga persahabatan
kita akan terus terjaga.
9. Keluarga besar bengkel bubut milling Huma, terima kasih atas tempat, waktu
10.Seseorang yang senantiasa ada untuk mendampingi, memberikan dukungan
dan doanya. Terima kasih untuk kesabarannya selama ini.
11.Seluruh pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, atas
segala bimbingan, bantuan, kritik, dan saran dalam penyusunan tugas akhir
ini.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa maupun
siapa saja yang membutuhkannya. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir
ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis dengan senang hati dan
terbuka sangat mengharapkan berbagai masukan maupun kritikan dari pembaca.
Surakarta, 24 Januari 2011
commit to user
ABSTRAK
Sandi Budiyono, NIM: I 1308531. RANCANGAN ALAT UJI GESER PADA BAHAN KOMPOSIT SERAT ALAM DENGAN MEMPERHATIKAN ASPEK KETERULANGAN KETERULANGAN HASIL PENGUJIAN. Skripsi. Surakarta : Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Januari 2011.
Kekuatan geser merupakan salah satu sifat mekanik penting dari komposit serat alam. Sifat ini adalah informasi yang sangat berguna bagi penelitian di daerah ini. Untuk mengukur sifat-sifat mekanik ini, perangkat tertentu harus dirancang dengan mempertimbangkan karakteristik komposit serat alam sebagai spesimen tersebut. Penelitian ini difokuskan pada perancangan aspek keterulangan hasil pengujiannya.
Metode pengujian geser disesuaikan dengan standar ASTM D5379-98. Standar geometri spesimen pengujian geser berukuran 76mm x 20mm x 12mm (P xLxT) dan terdapat takikan 90o (V-notch) pada tengah-tengah spesimen dengan kedalaman 4 mm yang dikombinasikan dikombinasikan sesuai dengan kebutuhan Laboratorium Pengendalian Kualitas (LSK) Universitas Sebelas Maret Surakarta LSK , standar ini akan menjadi acuan untuk mengembangkan desain alat uji geser. Pada tahap akhir desain, performasi keterulangan alat uji diukur menggunakan Analisis Varians (ANOVA) untuk spesimen medium density fiberboard (MDF).
Hasil penelitian ini adalah alat uji geser modular untuk pengujian geser komposit serat alam dengan menggunakan tenaga hidrolik power pack sebagai penggerak utama. Pencekaman spesimen secara khusus dirancang untuk komposit serat alam yang umumnya bersifat rapuh dan getas. Uji ANOVA menunjukkan perangkat ini dinilai baik ditinjau dari aspek keterulangan hasil pengujian dengan keakurasian dibawah 5%.
Kata kunci: alat uji geser, pengujian geser, komposit serat alam, ASTM D5379-98
ABSTRACT
Sandi Budiyono, NIM: I 1308531. THE DESIGN OF NATURAL FIBER
COMPOSITE SHEAR TESTER WITH REPEATABILITY
CONSIDERATION OF THE TEST RESULT. THESIS. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, January 2010.
Shear strength is one of important mechanical properties of natural fiber composite. This properties is a very useful information for the research in these area. In order to measure this property, a specific device must be designed considering the characteristic of the natural fiber composite as its specimen. This research was focused on designing repeatability aspect for its testing result.
The method of shear testing was complied to the standard of ASTM D5379-98. The standard specimen geometry 76mm x 20mm x 12mm (HxWxT) and 90o V-notched in the middle with 4 mm depth combined with the requirement of LSK Laboratory of Sebelas Maret University, this standard would be a reference to develop the design of the shear tester. At the end of the design phase, there was a repeatability performance test using Analysis of Variance (ANOVA) for the medium density fiberboard specimen.
The result of this study was a modular shear tester device for natural fiber composite using hydraulic power pack as a prime mover. The gripper is specifically designed for natural fiber composite which is commonly brittle and fragile. The ANOVA test showed this device is performed well in term of repeatability aspect under 5% accuracy.
Keywords: shear tester, shear testing, natural fiber composite, ASTM D5379-98.
commit to user
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR VALIDASI... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ... iv
SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... v
KATA PENGANTAR ... vi
ABSTRAK ... viii
ABSTRACT ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ... I - 1
1.2 Perumusan Masalah ... I - 3
1.3 Tujuan Penelitian ... I - 3
1.4 Manfaat Penelitian ... I - 3
1.5 Batasan Masalah ... I - 4
1.6 Asumsi Penelitian... I - 4
1.7 Sistematika Penulisan... I - 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit Serat Alam (Composite Natural Fiber) ... II - 1
2.1.1 Karakteristik PadaKomposit Serat Alam ... II - 1
2.1.2 Pengujian Pada Bahan Komposit Serat Alam ... II - 2
2.1.3 Spesimen Pada Bahan Komposit Serat Alam ... II - 3
2.2 Alat Uji Geser ... II - 4
2.2.1 Deskripsi Alat Uji Geser ... II - 4
2.2.2 Teknologi Atau Konstruksi Pada Alat Uji Geser ... II - 6
2.2.3 Mekanika Fluida (Hidrolik) ... II - 10
2.2.5 Sistem Kendali Alat Uji Geser ... II - 19
2.3 Statistik Pengujian Pada Alat Uji Geser ... II - 22
2.3.1 Perancangan Eksperimen ... II - 23
2.4 Penelitian Penunjang ... II - 29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Identifikasi Masalah ... III - 2
3.1.1 Studi Pustaka ... III – 2
3.1.2 Studi Lapangan ... III – 2
3.1.3 Tujuan Penelitian ... III - 3
3.1.4 Manfaat Penelitian ... III - 3
3.2 Tahap Pengumpulan Dan Pengolahan Data ... III - 3
3.2.1 Pengujian Geser ASTM D5379-98 ... III - 3
3.2.2 Identifikasi Alat Uji Geser ... III - 3
3.2.3 Konsep Rancangan Alat Uji Geser ... III - 4
3.2.4 Bill of Materials Alat Uji Geser ... III - 4
3.3 Perancangan Alat Uji Geser ... III - 5
3.3.1 Mekanika Struktur Rancangan Alat Uji Geser ... III - 5
3.3.2 Elemen Penggerak Alat Uji Geser ... III - 5
3.3.3 Rangkaian Pengendali Alat Uji Geser ... III - 5
3.3.4 Running Test Alat Uji Geser ... III - 5
3.3.5 Kalibrasi Alat Uji Geser ... III - 5
3.4 Pengujian Data Hasil Pengujian Geser ... III - 6
3.5 Analisis Dan Interpretasi Hasil ... III - 6
3.6 Kesimpulan Rancangan Alat Uji Geser ... III - 6
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
4.1 Pengumpulan Data ... IV - 1
4.1.1 Pengujian Geser ASTM D5379-98 ... IV - 1
4.1.2 Identifikasi Alat Uji Geser ... IV - 3
4.1.3 Konsep Rancangan Alat Uji Geser ... IV - 8
commit to user
4.2.1 Mekanika Struktur Rancangan Alat Uji Geser ... IV - 25
4.2.2 Elemen Mesin Penggerak Alat Uji Geser ... IV - 32
4.2.3 Rangkaian Pengendali Alat Uji Geser ... IV - 35
4.2.4 Estimasi Biaya Alat Uji Geser ... IV - 37
4.2.5 Spesifikasi Alat Uji Geser ... IV - 40
4.3 Pengujian Data Hasil Pengujian Geser ... IV - 41
4.3.1 Pengujian Hasil Pembebanan Geser ... IV - 42
4.3.2 Pengujian Hasil Perhitungan Kekuatan Geser ... IV - 53
BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
5.1 Analisis Alat Uji Geser
5.1.1 Analisis Rancangan Alat Uji Geser ... V - 1
5.1.2 Analisa Bahan Penyusun Alat Uji Geser ... V - 3
5.1.3 Analisa Hasil Pengujian Geser ... V - 5
5.2 Interpretsi Hasil Alat Uji Geser ... V - 6
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan ... VI - 1
6.2 Saran ... VI - 1
BAB I
PENDAHULUAN
Dalam bab ini akan diuraikan mengenai latar belakang penelitian,
perumusan masalah yang diangkat dalam penelitian, tujuan dan manfaat
penelitian, batasan masalah, asumsi yang yang diangkat dalam penelitian serta
sistematika penulisan untuk menyelesaikan penelitian.
1.1 LATAR BELAKANG
Pada era globalisasi sekarang ini, dunia manufaktur mengalami
perkembangan pesat, mengikuti perubahan dan tuntutan pasar untuk menghasilkan
material atau bahan dasar alternatif sebagai pengganti bahan-bahan komersial
yang kini harganya semakin mahal. Banyak penelitian yang berfokus pada
penemuan bahan dasar organik karena bahan dasar organik dapat dijadikan
sebagai alternatif pengganti bahan dasar anorganik (Setjadi, 2005). Berbagai
bahan organik, komposit serat alam merupakan bahan yang banyak diteliti
disebabkan Indonesia merupakan penghasil serat alam yang kaya, komposit serat
alam adalah bahan yang ramah lingkungan. Dalam penelitian tersebut sifat-sifat
mekanik menjadi salah satu bahasan yang paling penting. Beberapa sifat mekanik
komposit serat alam menjadi patokan untuk aplikasinya. Sifat-sifat mekanik dapat
diketahui melalui pengujian mekanik. Beberapa pengujian mekanik, pengujian
geser merupakan salah satu yang terpenting karena aplikasi komposit dalam
bentuk papan atau struktur sering kali mengalami pembebanan geser.
Pengujian geser (shear tester) merupakan salah satu pengujian dalam
menentukan seberapa jauh terpenuhinya standar spesifikasi dari karakteristik
bahan yang digunakan untuk proses pengujian terhadap material, dimana material
didesak melalui dua arah yang berbeda dengan besar gaya yang sama sampai
terjadi proses deformasi (perubahan bentuk) atau displacement (proses pergeseran
objek atau perubahan posisi titik awal dan posisi akhir dari sebuah objek)
spesimen untuk mengetahui karaketristik maupun sifat mekanik dari suatu
material (Nee, 1998). Keperluan pengujian geser komposit serat alam, pengujian
commit to user
geser maksimum yang dapat ditahan oleh material komposit serat alam pada
kondisi tegangan efektif dan pembebanan secara berkelanjutan, sehingga
memungkinkan terjadinya displacement pada material yang diujikan (Nee, 1998).
Komposit serat alam merupakan jenis komposit organik, sehingga alat uji geser
komposit serat alam dapat digunakan untuk jenis komposit organik lain dengan
beban pergeseran maksimal sebesar 100 MPa sesuai pada literature Properties
And Performace of Natural-Fibre Composite, Pickering, 2008.
Ketersediaan alat uji geser menjadi tuntutan tersendiri untuk mengetahui
karakteristik dari bahan atau material yang akan diujikan. Saat ini alat uji geser
yang tersedia di lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
adalah berupa universal testing machine di Laboratorium Material Fakultas
Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret. Alat uji ini pada dasarnya adalah alat uji
tarik yang kemudian dimodifikasi fungsinya sehingga dapat digunakan sebagai
alat uji geser. Alat uji universal mempunyai besar kapasitas pembebanan hingga
100 ton. Alat uji universal merupakan alat penguji material dengan kekuatan
tinggi seperti halnya logam. Pada pengujian menggunakan material jenis logam
steel 37 dengan batas patah (sB) 370 N/mm2 didapatkan nilai rata-rata pengujian
340 MPa dari 5 kali proses pengujian alat uji universal. Pengujian geser pada
komposit serat alam (natural fiber composite) dapat menggunakan fasilitas alat uji
dengan besar beban atau regangan yang mampu diberikan alat uji universal
(universal testing machine) ini tetapi nilai hasil pengujiannya cenderung tidak
akurat karena kekuatan tarik komposit serat alam jauh lebih kecil dari logam atau
maksimum hanya pada kisaran 100 MPa.
Alat uji geser memiliki beberapa aspek penting dalam pengujian geser.
Aspek keakurasian dan kepresisian yang ditunjukkan oleh hasil pengujian
spesimen hanya diketahui setelah dilakukan beberapa kali pengujian geser
terhadap spesimen. Satu atau beberapa kali pengujian geser spesimen sudah cukup
untuk menunjukkan aspek keakurasian dari alat uji tersebut, tetapi untuk
mendapatkan kepresisian hasil pengujian membutuhkan pengujian yang dilakukan
berulang-ulang. Pengujian yang dilakukan berulang-ulang menunjukkan
kepresisian sehingga aspek keterulangan hasil pengujian alat uji dapat
merupakan aspek pertama yang harus dipenuhi karena keakurasian alat dapat
diselesaikan relatif lebih mudah, yaitu dengan kalibrasi alat uji. Ketersediaan alat
uji geser komposit serat alam pada Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta di Laboratorium Sistem Kualitas Jurusan Teknik Industri merupakan
penyelesaian perancangan proses pembuatan komposit serat alam yang saat ini
sedang dikembangkan, oleh karena itu alat uji diperlukan sebagai media penguji
komposit tersebut.
Berdasarkan uraian di atas diketahui bahwa perancangan alat uji geser untuk
bahan komposit serat alam sangat diperlukan dalam perkembangan penelitian
komposit serat alam di masa mendatang.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang yang diuraikan, maka dapat dirumuskan pokok
permasalahan dari tugas akhir ini yaitu ”Bagaimana merancang alat uji geser
untuk bahan komposit serat alam dengan memperhatikan kepresisian alat terhadap
spesimen dan aspek keterulangan hasil pengujian?”.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan utama yang dicapai dari penelitian ini yaitu merancang alat uji geser
untuk bahan komposit serat alam dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil
pengujian. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini, sebagai berikut:
1. Menentukan konstruksi alat uji geser untuk menunjang aspek keterulangan
hasil pengujian.
2. Melakukan pengujian alat uji geser terhadap karakteristik komposit serat alam
dalam aspek keterulangan hasil pengujian.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat yang dicapai dalam penelitian ini adalah menghasilkan alat uji
geser dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil pengujian terhadap
commit to user
1.5 BATASAN MASALAH
Batasan-batasan yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut:
1. Spesifikasi alat uji terhadap spesimen memenuhi kriteria standarisasi ASTM
D5379/D5379M – 98.
2. Spesimen yang akan diujikan berupa MDF (medium density fiberboard)
dengan geometri panjang spesimen 76 mm, lebar 20 mm dan tebal spesimen
12 mm, tegangan geser maksimum spesimen sebesar 100 MPa disesuaikan
dengan kekuatan tarik maksimum serat alam menurut literatur Pickering,
2008.
3. Beban tegangan lokal terhadap alat uji geser sebesar 4 Hz atau berkisar antara
30 – 33 bar.
1.6 ASUMSI
Asumsi-asumsi yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut:
1. Kekuatan geser setiap spesimen diasumsikan sama untuk jenis dan komposisi
bahan yang sama.
2. Perancangan konstruksi tidak mempertimbangkan gesekan, selip antara
spesimen dengan alat uji diasumsikan tidak ada.
3. Kalibrasi alat dilakukan berdasarkan beban akibat gesekan pada kondisi
konstan.
1.7 SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan yang digunakan pada penyusunan laporan tugas akhir,
seperti diuraikan di bawah ini.
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang dan identifikasi masalah
yang diangkat dalam perancangan alat uji geser, perumusan masalah,
tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, penetapan
asumsi-asumsi serta sistematika yang digunakan dalam perancangan
alat uji geser sebagai alat pengujian geser pada bahan komposit serat
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini memberi penjelasan secara terperinci mengenai teori-teori
yang digunakan sebagai landasan pemecahan masalah serta
memberikan penjelasan secara garis besar metode yang digunakan oleh
penulis sebagai kerangka pemecahan masalah guna mendapatkan
desain rancangan alat uji geser.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisikan gambaran terstruktur tahap-tahap proses pelaksanaan
penelitian dan tahapan pengerjaan pengolahan data yang digambarkan
dalam diagram alir (flow chart).
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Bab ini berisikan uraian mengenai data-data penelitian yang digunakan
dalam proses pengolahan data sesuai dengan langkah-langkah
pemecahan masalah yang dikembangkan pada bab sebelumnya.
BAB V ANALISIS & INTERPRETASI HASIL
Bab ini berisi tentang analisis dan interpretasi hasil terhadap
pengumpulan dan pengolahan data yang dilakukan.
BAB VI KESI MPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan kesimpulan yang diperoleh dari analisis pemecahan
masalah maupun hasil pengumpulan data serta saran-saran perbaikan
commit to user
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas mengenai konsep dan teori yang digunakan dalam
penelitian, sebagai landasan dan dasar pemikiran untuk membahas serta
menganalisa permasalahan yang ada.
2.1 KOMPOSIT SERAT ALAM (COMPOSITENATURAL FIBER)
Serat alam merupakan hasil dari bahan tanaman berserat yang diproduksi
sebagai hasil dari fotosintesa. Pada sub-bab berikut dibahas mengenai
karakteristik pada komposit serat alam (composite natural fiber), pengujian geser
pada bahan komposit serat alam, dan spesimen pengujian geser pada bahan
komposit serat alam.
2.1.1 Karakteristik Pada Komposit Serat Alam
Composite natural fiber atau komposit serat alam memiliki keuntungan
dibandingkan dengan serat sintetis, seperti mudah didapatkan, berat lebih ringan,
mampu melalui proses manufaktur atau pengolahan secara alami, dan ramah
lingkungan. Komposit serat alam merupakan bahan alternatif baru, mempunyai
kekuatan dan kekakuan yang relatif tinggi dan tidak menyebabkan iritasi pada
kulit. Keuntungan yang lainnya adalah kualitas dapat divariasikan dan memiliki
stabilitas panas yang rendah (Lokantara, 2007).
Karakterisasi bahan komposit menjadi sulit dipahami, karena perkembangan
penelitian bahan alternatif pengganti anorganik yang semakin luas. Hal ini
menyebabkan pengembangan metode pengujian dan teknik yang sudah ada terus
diverifikasi dan dikaji ulang. Faktor kesulitan lain yang timbul dalam pengujian
komposit juga muncul pada saat proses pengujian komposit serat alam karena
keragaman yang melekat dari sifat geometris, fisik, dan mekanis dari jenis serat
yang digunakan (Pickering, 2008).
Pickering (2008), menjelaskan bahwa laporan literatur ilmiah pada sifat
mekanik komposit serat alam memiliki kriteria dan standar nilai yang
berbeda-beda. Hal ini sangat sulit untuk menyajikan dalam satu tabel yang berisi daftar
karakteristik komposit serat alam, karena keanekaragaman serat yang digunakan,
Tabel 2.1 Kelebihan dan kekurangan komposit serat alam
Kelebihan Kekurangan
Berat spesifikasi bahan lebih ringan dibandingkan jenis komposit campuran bahan semen (matriks).
Banyaknya variabilitas.
Sumber daya yang dapat diperbarui dengan produksi gas emisi CO2 yang rendah.
Ketahanan produksi air (kelembaban) rendah.
Produksi pengolahan ramah lingkungan. Ketahanan terhadap api rendah.
Tahan pada listrik / tegangan tinggi. Ketegaran bahan rendah.
Pengatur suhu yang bagus dan insulating propertis sederhana.
Adhesi serat dan matriks yang kurang.
Sumber: Pickering, 2008
2.1.2 Pengujian Pada Bahan Komposit Serat Alam
Menurut Pickering (2008), penelitian terhadap material komposit serat alam
telah melampaui metode uji yang ditentukan dalam standar. Literatur untuk
karakterisasi komposit serat alam sebagian besar seperti pada pengujian logam,
kayu, polimers, dan komposit berserat lainnya. Pengetahuan karakteristik
komposit serat alam lebih detail dilakukan pada pengujian mekanik yaitu jenis
pengujian geser yang terurai, sebagai berikut:
1. Pengujian geser (shear tester).
Iosipescu merupakan metode pengujian geser terpopuler. Karakteristik
konfigurasi dan pengujian spesimen ditunjukkan pada gambar 2.1 dan gambar
2.2. Metode uji diuraikan dalam standar ASTM D5379-98 menggunakan
Wyoming Shear Test Fixture yang diaplikasikan pada mesin uji universal.
Tegangan geser rata-rata di seluruh bagian bertakik (V-notch) spesimen
dihitung dengan menggunakan rumusan:
A F
P= ... 2.1
dengan;
F = beban yang diterapkan (N)
commit to user
Gambar 2.1 Karakteristik konfigurasi pengujian geser
Sumber: Pickering, 2008
Gambar 2.2 Konsep dasar pengujian geser komposit
Sumber: Junaidi, 2009
2.1.3 Spesimen Pada Bahan Komposit Serat Alam
Spesimen atau bahan komposit serat alam yang akan diuji ditentukan sesuai
standar masing-masing pengujian. Standar pengujian yang dipakai adalah standar
ASTM (American Society for Testing and Material). ASTM dibentuk pertama
kali pada tahun 1898 oleh sekelompok insinyur dan ilmuwan untuk mengatasi
bahan baku besi pada rel kereta api yang selalu bermasalah. Sekarang ini, ASTM
mempunyai lebih dari 12.000 buah standarisasi. Standar ASTM banyak digunakan
pada negara maju maupun berkembang dalam penelitian akademis maupun
industri (http://id.wikipedia.org, 2010). Contoh spesimen beserta geometri yang
telah mengacu pada standar ASTM D5379-98 sebagai spesimen dalam pengujian
1. Pengujian geser (shear tester).
Dimensi spesimen uji geser menggunakan standar ASTM D5379-98.
Gambar 2.3 menunjukkan tipe spesimen standar geometri untuk pengujian
geser.
Gambar 2.3 Spesimen uji geser standar ASTM D5379-98
Sumber: ASTM international, 1999
dengan;
L = Panjang spesimen = 76 mm
d1 = Lebar spesimen = 20 mm
d2 = V-notch spesimen = 4 mm
h = Tebal spesimen = as required = 12 mm
w = Lebar takikan dalam = 12 mm
r = radius takikan dalam = 1,3 mm
2.2 ALAT UJI GESER
Sub-bab ini membahas kajian teori tentang alat uji geser pada bahan
komposit serat alam. Pembahasan dimulai dari deskripsi alat uji geser, teknologi
atau konstruksi pada alat uji geser, cara kerja alat uji geser dengan sistem hidrolik,
dan proses pembacaan hasil pengujian geser.
2.2.1 Deskripsi Alat Uji Geser
Alat uji geser merupakan seperangkat peralatan untuk mengetahui seberapa
besar ketahanan geser maksimum yang dapat ditahan oleh material pada kondisi
commit to user
Beberapa jenis proses pengujian geser, salah satunya adalah pengujian
Biaxial Iosipescu dilakukan untuk memilih geometri spesimen yang tepat dan
memuat kondisi untuk pengukuran kekuatan geser searah pada komposit
(Kumosa, 1999). Efek nonlinear diperiksa sehubungan dengan berbagai koefisien
geseran, pemindahan, pemuatan sudut, dan perlengkapan non-linier menggunakan
teknik penghitungan elemen berhingga. Hal ini menunjukkan bahwa efek
non-linear bernilai kecil untuk tegangan yang terjadi pada pusat spesimen standar
Iosipescu, tetapi penting untuk menekankan pendekatan takikan (V-notch)
sedalam 4 mm yang diterapkan dalam metode pengujian geser. Dalam beberapa
kasus, perbedaan signifikan dalam tekanan atau kompresi dihitung untuk koefisien
geseran yang berbeda yang telah diamati (Kumosa, 1999).
Metode pengujian geser diarahkan untuk mengukur karakteristik properti
dari material yang homogen pada tiap tingkat lapisan. Pada proses pengujian
geser, benda uji diberikan takikan berbentuk V-notch (sudut 90o) pada bagian sisi
tepi (ASTM D5379-98) yang bernilai subjektif terhadap pengujian. Disadari
bahwa dikenakannya sudut 90o (V-notch) pada sisi tepi benda uji, menunjukkan
nilai kesalahan atau error yang cukup tinggi dikarenakan proses pengujian
berjalan secara geser melintang. Namun, koreksi nilai perlu diberlakukan karena
orientasi sudut 0o memberikan efek atau pengaruh pada tegangan tekan lokal
(pressure weight).
Dengan demikian, hasil dari diberikannya sudut 90o dapat memberikan nilai
tegangan geser yang rendah dan mungkin juga terlalu tinggi pada proses
pengujian geser (Iosipescu test).
Gambar 2.4 (a) Grafik pengujian geser Iosipescu; (b) Hasil uji geser Iosipescu dengan takikan sudut 90o
Gambar 2.5 Iosipescu failure and Iosipescu stretching for polymer
Sumber: ASTM international, 1999
2.2.2 Teknologi Atau Konstruksi Pada Alat Uji Geser
Terjadinya regangan geser murni merupakan hasil uji dan evaluasi dengan
memantau secara terpisah pembacaan alat ukur dari ketegangan dan kompresi
regangan (Munro, 1990). Keadaan regangan geser murni (seperti yang telah
didefinisikan dari pembacaan ketegangan dari alat pengukur kompresi) dapat
dihasilkan melalui sudut 90o (V-notch) dari proses pengujian geser, tidak melalui
pengujian sudut 0o (spesimen pengujian memiliki permukaan yang halus dan
paralel) (Munro, 1990). Teknologi atau konstruksi pada alat uji geser dijelaskan
pada landasan teori kekuatan bahan (strength of material) dan konstruksi bahan.
Pertimbangan dalam menetukan bahan atau material yang digunakan dalam
perancangan alat uji geser, sebagai berikut:
1. Kekuatan bahan (strength of material).
Dalam perencanaan struktur, semua elemen harus diberikan ukuran
tertentu. Ukuran harus diproporsikan cukup kuat untuk memikul setiap gaya
yang mungkin terjadi. Setiap elemen struktur juga harus cukup kaku sehingga
tidak melengkung atau berubah bentuk berlebihan pada saat struktur
digunakan. Setiap elemen struktur juga tidak boleh terlalu langsing, sehingga
tidak kehilangan kestabilan akibat adanya gaya tekan. Perencananaan struktur
meliputi penentuan proporsi elemen struktur yang memenuhi kekuatan
(strength), kekakuan (stiffness) dan stabilitas (stability) setiap elemen struktur.
Kekuatan material dapat didefinisikan sebagai kesanggupan suatu material
commit to user
Modulus irisan elastis setiap material berbeda-beda, tergantung dari dimensi
dan geometri penampang melintangnya. Tabel 2.2 menunjukkan beberapa
contoh rumus perhitungan momen inersia (I) dan momen tahanan (W) untuk
beberapa geometri melintang material.
Tabel 2.2 Perhitungan kekuatan material
Profil I (mm4) W (mm3)
20 64 4 4 D D » p 10 32 3 3 D D » p 6 3 bh 6 3 bh 12 4 h 6 3 h 20 ) ( 64 4 4 4
4 D d
d
D - »
-p D d D D d D 10 ) ( 32 4 4 4 4 -» -p 12 4 4 d D -h d D 6 4 4
-Sumber: Strength of Material, 1991
2. Tegangan.
Tegangan didefinisikan sebagai tahanan terhadap gaya-gaya luar. Ini
menjadi komponen yang tegak lurus dan sejajar dengan arah potongan suatu
penampang.
Dalam praktek teknik, gaya umumnya diberikan dalam satuan pound atau
newton dan luas yang menahan dalam satuan inchi persegi atau millimeter
persegi. Sehingga tegangan dinyatakan dalam pound per inchi persegi yang
disingkat menjadi psi, atau newton per-milimeter persegi (MPa). Besarnya
gaya persatuan luas pada bahan tersebut disebut sebagai tegangan dan lazimnya
ditunjukkan dengan huruf Yunani s (sigma) (Kurniawan, 2000).
a. Tegangan aksial atau normal yaitu tegangan yang gaya-nya bekerja searah
dengan luas penampang benda.
s = ¦ =
A F
D D
... 2.2
dengan;
F = beban yang diterapkan (N)
A = luasan area (mm2)
b. Tegangan geser adalah intensitas gaya pada suatu titik yang sejajar terhadap
penampang atau sejajar terhadap permukaan yang mengalami tegangan.
t = n =
A V
D D
... 2.3
dengan;
V = beban geser (N)
A = luasan area (mm2)
Satuan tegangan adalah satuan gaya per satuan luas. Dalam sistem
internasional (SI) satuan tegangan, adalah:
Pa = pascal = Newton/meter2 = N/m2
1 KPa = 1 kilopascal = 103 Pa
1 MPa = 1 megapascal = 106 Pa = 106 N/m2 = 1 N/mm2
Pada batang-batang yang menahan gaya aksial, tegangan yang bekerja pada
potongan yang tegak lurus terhadap sumbu batang adalah tegangan normal
saja, tegangan geser tidak terjadi. Arah potongan ini juga memberikan
commit to user
3. Regangan.
Regangan adalah perubahan bentuk. Semua bagian bahan yang mengalami
gaya-gaya luar, dan selanjutnya tegangan dalam akan mengalami perubahan
bentuk. Perubahan bentuk total (total deformation) yang dihasilkan oleh suatu
bahan atau benda dinyatakan dengan huruf Yunani d (delta). Jika panjang
adalah L, perubahan bentuk per satuan panjang dinyatakan dengan huruf
Yunani e (epsilon).
L d
e = ... 2.4
4. Hukum Hooke (Hooke's Law).
Hampir pada semua material logam, pengujian geser merupakan tahap
awal dalam percobaan terhadap material logam yang diujikan. Hubungan
antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan pergeseran
bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva
pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke yaitu rasio tegangan
(stress) dan regangan (strain) adalah konstan.
Stress: σ =
A F
... 2.5
dengan;
F = beban yang diterapkan (N)
A = luasan area (m2)
Strain: ε = L
L
D
... 2.6
dengan;
L
D = perubahan panjang (mm)
L = panjang awal (mm)
Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:
E = e s
... 2.7
Regangan geser dilambangkan γ merupakan tangen θ. Pada grafik tegangan
tangens adalah selalu konstan, yang pada bahan tertentu nilainya juga sudah
pasti (konstan).
Tangens a = p p e s
... 2.8
dengan;
σp = tegangan pada batas elastik (N/ mm2) ep = regangan pada batas elastik (N/ mm2)
2.2.3 Mekanika Fluida (Hidrolik)
Pada sistem kerja alat uji geser, mekanisasi pengerak utama pada alat uji
adalah dengan menggunakan sistem penggerak hidrolik. Kata hidrolik (hidraulik,
hydraulic) berasal dan kata Yunani “ hydro” yang berarti “air”. atau “zat cair”
atau “fluida cair”, bermakna semua benda atau zat yang berhubungan dengan
“air”. Didefinisikan sebagai segala sesuatu yang berhubungan dengan air.
Sekarang kita mendefinisikan “hidrolik” sebagai pemindahan, pengaturan,
gaya-gaya dan gerakan-gerakan zat cair (Punarwan, 2005). Jika suatu zat cair dikenakan
tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah
atau berkurang kekuatannya (Archimedes Law).
Menurut Punarwan (2005), penggunaan cairan digunakan sebagai sarana
perpindahan energi. Minyak mineral adalah cairan yang sering digunakan, tetapi
dapat digunakan pula cairan sintetis, seperti air atau emulsi minyak air.
Hidromekanika (mekanika zat alir atau mekanika fluida) dibagi menjadi 2, yaitu:
1. Hidrostatika adalah mekanika fluida atau zat cair diam (teori kesetimbangan
dalam cairan).
2. Hidrodinamika adalah mekanika fluida yang bergerak (ilmu aliran).
Beberapa sifat khusus sistem penggerak hidrolik, yaitu:
1. Gaya yang tinggi (berupa momen putar) dengan ukuran yang kompak, yaitu
berupa kepadatan tenaga yang tinggi.
2. Penyesuaian gaya otomatis.
3. Dapat bergerak dari keadaan diam meskipun pada beban penuh.
commit to user
6. Sesuai untuk mengendalikan proses gerakan yang cepat dan untuk gerakan
sangat lambat yang akurat.
7. Penumpukan energi yang relatif sederhana dengan menggunakan gas.
8. Dapat dikombinasikan dengan tranformasi yang tidak terpusat dari energi
hidrolik kembali ke energi mekanik, dapat diperoleh sistem penggerak sentral
yang sederhana sehingga dapat ekonomis.
Barangkali satu kelebihan yang tak dimiliki energi lainnya, bahwa energi
hidrolik adalah salah satu sistem yang paling serbaguna dalam mengubah dan
memindahkan tenaga. Terbukti dari sifat kekakuannya namun mempunyai sifat
Tabel 2.3 Perbandingan berbagai sistem energi
No Kriteria Hidrolik Pneumatik Elektrik / Elektronik Mekanik
1. Pembawa energi Oli (secara umum). Udara. Elektron. Poros, batang penghubung, sabuk, roda
dll.
2. Perpindahan energi Pipa, selang, tabung, lubang. Pipa, selang, tabung, lubang. Kabel atau bahan yang bersifat konduksi.
Poros, batang penghubung, sabuk, roda dll.
3. Konversi dari dan ke energi mekanik
Pompa, Silinder, Motor Hidrolik. Kompresor, silinder, motor pneumatik (PN)
Generator, baterai, motor listrik (E), magnet, selenoid, motor induksi.
4. Besaran karakter terpenting
Tekanan P (30…400 bar) Debit Q. Tekanan P (sekitar 6 bar) Debit Q. Tegangan (V), Arus (I). Gaya, torsi, putaran, kecepatan.
5. Efisiensi perpindahan energi
Baik sekali atau sempurna, kompak, harga layak dengan teknologi. Operasi sampai 400 bar. Merubah ke gerakan linear sederhana dg silinder.
Baik, terbatas karena tekanan maksimal hanya 6 bar.
Cukup baik, koefien motor listrik 1/10 x dibanding motor hidrolik.
Menghudung dan memutus mudah melalui switch.
Baik, Sebab konversi energi tak diperlukan. Keterbatasannya terlihat pada kemampuan pengontrolannya.
6. Keakuratan gerakan Sempurna, sebab oli tidak dapat dikompresi. Cukup baik, sebab udara bersifat kompresibel.
Sangant bervariasi, kadang tinggi kadang rendah.
Baik sekali, disebabkan kaitan antara komponen pasti.
7. Efisiensi Cukup – Baik, kerugian volume dan gesekan selama konversi tergantung pengontrolannya dengan katup-katup.
Baik, sepanjang energi ini tersedia sebagai sumber energi utama.
Baik, disini tak perlu proses konversi. Ada kemungkinan kerugian-kerugian gesekan.
8. Kemampuan untuk dikontrol
Sempurna, dengan katup-katup (dapat ditingkatkan lagi dengan dikombinasikan energi listrik).
Sempurna, dengan katup-katup (dapat ditingkatkan lagi dengan dikombinasikan energi listrik).
Untuk tenaga kecil : sempurna, untuk tenaga besar : cukup-baik. Dg switch, relay, variable resistor dll.
Cukup-Baik, melalui perpindahan roda gigi dan sistem perpindahan mekanisme bertingkat.
9. Pembangkitan gerakan lurus
Sangat mudah, menggunakan silinder. Sangat mudah, menggunakan silinder.
Sedikit lebih rumit, dengan menggunakan motor linear.
Sederhana dengan mekanisme engkol, poros pendek (spindle) dll.
10. Hubungan pemberian sinyal dari sistem hidrolik dengan sistem
Operasi pneumatik dengan katup-katup kontrol arah.
Pengontrolan dengan elektromagnet
(solenoid,switch, swit tekanan dll).
Digerakkan atau dilepas dengan pompa, motor hidrolik, silinder, gerakan katup melalui cam dan lintasan.
commit to user
Menurut Punarwan (2005), alat berat merupakan aplikasi dari hidrolik.
Hidrolik merupakan aplikasi dari mekanika fluida. Mekanika fluida merupakan
aplikasi ilmu fisika. Hukum-hukum fisika yang mengatur fluida cair sederhana
ilmu mekanika benda padat dan lebih sederhana lagi dari sebelumnya
dibandingkan dengan hukum-hukum yang mengatur ilmu-ilmu udara, panas, uap,
gas, elektron, sinar, gelombang, magnet dan sebagainya lebih menguntungkan
mempelajari ilmu mekanika awal. Beberapa hal hidrolik serupa dengan pneumatik
(pneumatics-ilmu yang mempelajari pemanfaatan udara bertekanan untuk
perpindahan energi) terutama pada prinsip kerja dan komponen-komponennya.
Oli bertekanan adalah media pemindah energi yang sehabis dipakai oleh elemen
kerja (silinder atau pompa hidrolik) dikembalikan ke penampung (reservoir atau
tangki), tidak langsung dibuang ke atmosfer seperti udara bekas pada sistem
pneumatik.
Dalam sistem hidrolik, fluida cair berfungsi sebagai penerus gaya. Zat cair
pada praktiknya memiliki sifat tak dapat dikompresi (incompressible), berbeda
dengan fluidagas yang mudah dikompresi (compressible). Karena fluida yang
digunakan harus bertekanan, kemudian diteruskan ke segala arah secara merata
dengan memberikan arah gerakan yang halus. Ini didukung dengan sifatnya yang
selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya dan tidak dapat dikompresi.
Kemampuan yang diuraikan di atas menghasilkan peningkatan kelipatan yang
besar pada gaya kerjanya.
Kesimpulan sistem hidrolik adalah suatu sistem pemindah tenaga dengan
mempergunakan zat cair atau fluida sebagai media atau perantara. Karena sifat
cairan yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya mengalir ke segala
arah dan dapat melewati berbagai ukuran dan bentuk.
Prinsip inilah yang dipergunakan pada alat pengangkat hidrolik. Dengan
membuat perbandingan diameter yang berbeda akan mempengaruhi gaya penekan
dan gaya angkat yang didapatnya. Pada gambar 2.6, bila diameter piston penekan
dibuat lebih kecil dari piston penerima beban atau pengangkat beban akan
memberikan gaya tekan yang ringan tetapi gaya tekan itu kemudian diteruskan
Gambar 2.6 Perbandingan gaya pada pengungkit hidrolik
Sumber: Punarwan, 2005
Sebagai penggerak pompa hidrolik dapat digunakan motor listrik atau motor
penggerak mula. Setelah oli hidrolik dipompa pada tekanan tertentu, kemudian
disalurkan ke katup kontrol arah yang bertugas mengatur kemana cairan hidrolik
itu dialirkan. Diagram alir sistem hidrolik dapat dilihat pada gambar 2.7.
Urutan aliran dimulai dari pembangkit berupa motor listrik atau motor bakar
yang menggerakkan pompa oli, kemudian pompa oli meningkatkan tekanan oli
yang ditampung pada reservoir. Melalui katup kontrol hidrolik, oli bertekanan
dialirkan ke pemakai berupa elemen kerja silinder atau motor hidrolik yang
mengubah energi hidrolik itu menjadi energi gerak atau mekanis. Urutan
energinya dari motor listrik atau bakar ke silinder hidrolik berturut-turut: energi
listrik atau mekanis – energi hidrolik – energi hidrolik – energi mekanis.
Gambar 2.7 Diagram aliran sistem hidrolik
Sumber: Punarwan, 2005
commit to user
gerak perpindahan beban, debit (volume yang dihasikan per satuan waktu) pompa
hidrolik harus semakin besar. Dengan kata lain gaya yang dihasilkan tergantung
pada tekanan kerja dan kecepatan gerak perpindahan tergantung pada debit yang
dihasilkan pompa dengan ketentuan ia bekerja pada luas penampang silinder kerja
yang sama (Punarwan, 2005).
Pada sebuah pompa hidrolik lebih dikenal dalam sebuah kesatuan utuh
pompa hidrolik yang digunakan sebagai penggerak yang dikenal sebagai Power
Pack Unit. Power pack unit tersusun dari beberapa bagian, yaitu:
1. Tangki hidrolik (hydraulic tank) adalah sebagai tempat penampung oli dari
sistem. Selain itu juga berfungsi sebagai pendingin oli yang kembali.
2. Pompa hidrolik (hydraulic pump) sebagai pemindah oli dari tangki ke dalam
sistem. Dan bersama komponen lain menimbulkan hydraulic pressure (tenaga
hidrolik).
3. Katup pengendali (control valve) berguna untuk mengarahkan jalannya oli ke
tempat yang diinginkan.
4. Main relieve valve berguna untuk membatasi tekanan maksimum yang
diijinkan dalam hydraulic system, agar sistem sendiri tidak rusak akibat over
pressure.
5. Silinder hidrolik (actua tor) adalah sebagai pengubah dari tenaga hidrolik
menjadi tenaga mekanik.
6. Filter digunakan sebagai media penyaring kotoran atau gram yang ikut terbawa
Gambar 2.8 Power pack unit Sumber: Graco Inc, 1996
Perbandingan sistem hidrolik dengan sistem mekanik, sebagai berikut:
1. Keuntungannya, yaitu:
a. Dapat menyalurkan torsi dan gaya besar.
b. Pencegahan over load tidak sukar.
c. Kontrol gaya pengoperasian mudah dan cepat.
d. Pergantian kecepatan lebih mudah.
e. Getaran halus.
f. Daya tahan lebih lama.
2. Kerugiannya, yaitu:
a. Peka terhadap kebocoran.
b. Peka terhadap perubahan temperatur.
c. Kadang-kadang kecepatan kerja berubah.
commit to user
Definisi dan perhitungan dalam satuan Internasional (SI) adalah sebuah
massa (diartikan sebagai sekumpulan materi) sebesar 1 kg mengakibatkan gaya
berat sebesar 1 Kp diatas tanah. Menurut sistem satuan SI gaya diberi satuan
Newton (N) (id.wikipedia.org, 2010)
g m
F = . ... 2.9
dengan; 1 Kp = 1 kg . 9,81 2
s m
= 9,81 2
s m kg
1 N = 1 kg . 1 2
s m
= 1 2
s m kg
, dengan demikian 1 Kp = 9,81 N. Untuk keperluan
praktisnya, 1 Kp = 10 N
Tekanan, adalah salah satu pengukuran yang penting dalam hidrolik, yang
didefinisikan sebagai gaya per satuan luas.
A F
P = ( 2
cm N
) ... 2.10
dengan; 1 bar = 10 2
cm N
= 1 2
cm daN
; 1 bar = 1,02 2
cm Kp
1 2
cm Kp
= 0,98 bar Jika digunakan satuan SI untuk gaya (N) dan luas m2, maka kita
dapatkan satuan tekanan dalam Pascal, dimana: 1 Pa = 1 2
mm N
Dibidang hidrolik umumnya tekanan kerja diberi simbul (P) yang
menunjukkan tekanan yang cukup tinggi diatas tekanan atmosfer.
2.2.4 Load Cell
Load cell adalah sebuah transduser gaya yang bekerja berdasarkan prinsip
deformasi sebuah material akibat adanya tegangan mekanis yang bekerja
(Purwanto, 2004). Sebuah sensor Load cell pada dasarnya adalah sebuah
perangkat listrik atau elektronika (transduser) yang digunakan untuk mengubah
gaya menjadi sinyal listrik (en.wikipedia.org, 2010).
Menurut Hastomo, (2001) load cell merupakan sebuah alat yang dipasang
sebagai alat bantu yang berfungsi sebagai sensor yang mengirimkan data analog
yang kemudian diubah menjadi data digital. Konversi ini tidak terjadi secara
mekanis, perubahan gaya menjadi sebuah sinyal diukur menggunakan alat ukur
bernama strain gauge. Strain gage adalah transduser pasif yang mengubah suatu
pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan. Strain gauge digunakan juga
untuk mengubah gaya yang masuk menjadi sebuah sinyal listrik. Sebuah load cell
biasanya terdiri dari empat regangan dalam sebuah konfigurasi jembatan
wheatstone (Madison, 1989).
Perubahan tahanan ini sebanding dengan regangan yang diberikan dan
diukur dengan sebuah jembatan wheatstone yang dipakai secara khusus.
Sensitivitas sebuah strain gage dijelaskan dengan suatu karakteristik yang disebut
gage factor, yang didefinisikan sebagai perubahan satuan tahanan dibagi
perubahan satuan panjang.
Meskipun strain gauge load cell paling banyak digunakan, ada beberapa
jenis load cell lain yang dapat ditemukan di industri. Dalam aplikasi industri,
hidrolik (hidrostatik) mungkin adalah yang kedua paling banyak digunakan. Pada
alat ini digunakan untuk mengeliminasi terjadinya kesalahan pada beberapa alat
strain gauge load cell.
Penampang load cell untuk beban kerja tekan dihitung dengan persamaan:
σ =
A F
... 2.11
σ =e . E ... 2.12 dengan;
σ = Tegangan (N/mm2)
e = Regangan (microstrain)
F = Gaya (N)
A = Luas penampang (mm2)
E = Modulus elastisitas (N/mm2)
Luas penampang load cell (A).
E A F
. e
= ;
E F A
. e
commit to user
Gambar 2.9 Load celluntuk beban tekan
Sumber: Purwanto, 2004
Penampang load cell dibuat berbentuk cincin dengan maksud selain untuk
memperbesar permukaan load cell juga untuk memudahkan komponen lain
supaya terpasang dalam satu sumbu. Sedangkan lubang ulir M-5 digunakan untuk
menghubungkan load cell dengan choosen plate, agar load cell lebih fleksibel
dipasang pada peralatan uji. Material yang dipilih adalah ASSAB 760, yang
memiliki karakteristik mekanik material, sebagai berikut:
Tensile Strength = 65–80 kg/mm2
Yield Point = 35–45 kg/mm2
Elasticity Modul = 210.103 N/mm
2.2.5 Sistem Kendali Alat Uji Geser
Sistem kendali adalah suatu proses pengaturan atau pengendalian terhadap
satu atau beberapa besaran (variable, parameter) sehingga berada pada suatu
harga atau dalam suatu rangkaian harga (range) tertentu. Komponen-komponen
yang terdapat dalam sistem kontrol lebih mudah digambarkan dalam bentuk blok
[image:32.595.112.510.243.489.2]diagram (Prasetyo, 2008).
Gambar 2.10 Blok diagram sistem kontrol
Blok diagram pada gambar 2.10 merupakan suatu pernyataan grafis yang
ditujukan untuk menggambarkan sebuah sistem kendali. Fungsi dari
komponen-komponen penyusun blok diagram, yaitu:
1. Input (R(t)),
Input adalah nilai yang diinginkan bagi variabel yang dikontrol selama
pengendalian.
2. Error signal (e(t)),
Selisih antara r(t)-c(t), input dengan output. Merupakan inputan bagi kontroler
dan nilainya harus sekecil mungkin. Error signal menggerakkan kontroler
untuk mendapatkan keluaran pada satu harga yang diinginkan.
3. Kontroler,
Fungsi utama kontroler adalah membandingkan harga yang sebenarnya dari
keluaran (plant) dengan harga yang diinginkan (setting point).
4. Control signal U(t),
Output dari kontroler berfungsi sebagai sinyal pengontrol. Control signal ini
menyebabkan output menjadi sama dengan input.
5. Aktuator,
Komponen yang secara fisik melakukan keinginan kontroler dengan suntikan
energi tertentu.
6. Plant atau proses,
Objek yang dikontrol oleh sistem berupa proses mekanis, elektris, hidrolis,
pneumatic atau kombinasinya.
7. Output (c(t)),
Harga atau nilai yang akan dipertahankan bagi variabel yang dikontrol dan
merupakan harga yang ditunjuk oleh alat pencatat.
8. Error detector.
Merupakan pembanding antara input dengan output yang menghasilkan error
commit to user
Sistem kendali dikelompokkan menjadi dua yaitu sistem pengendalian
secara manual dan sistem pengendalian secara otomatis, yaitu:
1. Sistem pengendalian secara manual.
Sistem pengendalian manual masih sering dipakai pada beberapa aplikasi
tertentu. Sistem ini dipakai pada proses yang tidak banyak mengalami
perubahan beban (load). Salah satu contoh pengendalian secara manual adalah
pengendalian manual temperature di sebuah heat exchanger. Load sistem
adalah steam (uap air panas) dimana steam tersebut masuk ke dalam tangki
untuk memindahkan energi panas ke air dingin yang sudah masuk terlebih
dahulu ke dalam tangki. Manusia bertindak sebagai operator untuk membuka
dan menutup valve (kran), perannya cukup penting. Operator berperan untuk
memperbesar atau memperkecil bukaan valve dimana besar kecilnya bukaan
tersebut berpengaruh pada banyaknya stea m yang masuk ke dalam tangki.
Jumlah steam yang masuk ke dalam tangki itulah yang mempengaruhi output
[image:34.595.129.510.235.540.2]dari heat exchanger tersebut, berupa air panas atau uap air saja.
Gambar 2.11 Blok diagram open loopsistem pengendalian manual pada plant heat exchanger
Sumber: Prasteyo, 2008
Sistem pengendalian seperti gambar 2.11 disebut sistem pengendalian open
loop karena loop dari pengontrolan terputus oleh peran manusia yang masih
berada dalam sistem tersebut. Perlu diketahui bahwa sebuah sistem
pengendalian disebut open loop jika perintah koreksi kesalahan masih
2. Sistem pengendalian secara otomatis
Pengertian sistem pengendalian secara otomatis adalah pengendalian oleh
mesin-mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya
dibawah kendali manusia. Sistem ini dilakukan pada sistem kerja closed loop
karena perintah koreksi kesalahan bekerja secara otomatis tanpa adanya
[image:35.595.123.512.213.483.2]campur tangan manusia.
Gambar 2.12 Sistem kontrol closed loop
Sumber: Prasteyo, 2008
Terdapat umpan balik atau feedba ck pada sistem kontrol closed loop yang
berfungsi mengkoreksi kesalahan dimana tugas untuk mengkoreksi kesalahan
dilakukan oleh kontroler ataupun instrumentasi elektronik lainnya tanpa ada
campur tangan manusia. Hasilnya lebih akurat karena memiliki error detector.
Sistem kendali pada alat uji geser merupakan kendali proses mesin secara
otomatis. Pergerakan silinder hidrolis diatur secara otomatis melalui rangkaian
elektronik dalam control panel yang terdiri dari beberapa push button.
2.3 STATISTIK PENGUJIAN PADA ALAT UJI GESER
Statistik merupakan prosedur-prosedur yang digunakan dalam
pengumpulan, penyajian, analisis, dan penafsiran data. Secara garis besar statistik
dikelompokkan menjadi dua kelompok besar, yaitu statistika deskriptif dan
inferensia statistik. Statistika deskriptif merupakan metode statistik yang
menggunakan keseluruhan data untuk menggambarkan seluruh karakteristik dari
commit to user
pengambilan contoh atau sebagian data dari populasi. Penggunaan metode
inferensia statistik digunakan sebagai pemecahan masalah-masalah dalam
penelitian ini yang berkaitan dengan statistik.
2.3.1 Perancangan Eksperimen
Desain eksperimen merupakan langkah-langkah lengkap yang perlu diambil
jauh sebelum eksperimen dilakukan agar supaya data yang semestinya diperlukan
dapat diperoleh sehingga akan membawa kepada analisis objektif dan kesimpulan
yang berlaku untuk persoalan yang sedang dibahas (Sudjana, 1997).
Beberapa istilah atau pengertian yang diketahui dalam desain eksperimen
(Sudjana, 1997; Montgomery, 1997), yaitu:
1. Experimental unit (unit eksperimen).
Objek eksperimen dimana nilai-nilai variabel respon diukur.
2. Variabel respon(effect).
Disebut juga dependent variable atau ukuran performansi, yaitu output yang
ingin diukur dalam eksperimen.
3. Faktor.
Disebut juga independent variable atau variabel bebas, yaitu input yang
nilainya akan diubah-ubah dalam eksperimen.
4. Level (taraf).
Merupakan nilai-nilai atau klasifikasi-klasifikasi dari sebuah faktor. Taraf
(levels) faktor dinyatakan dengan bilangan 1, 2, 3 dan seterusnya. Misalkan
dalam sebuah penelitian terdapat faktor-faktor :
a = jenis kelamin
b = cara mengajar
Selanjutnya taraf untuk faktor a adalah 1 menyatakan laki-laki, 2 menyatakan
perempuan (a1, a2). Bila cara mengajar ada tiga, maka dituliskan dengan b1, b2,
dan b3.
5. Treatment (perlakuan).
Sekumpulan kondisi eksperimen yang akan digunakan terhadap unit
eksperimen dalam ruang lingkup desain yang dipilih. Perlakuan merupakan
6. Replikasi.
Pengulangan eksperimen dasar yang bertujuan untuk menghasilkan taksiran
yang lebih akurat terhadap efek rata-rata suatu faktor ataupun terhadap
kekeliruan eksperimen.
7. Faktor pembatas atau blok (Restrictions).
Sering disebut juga sebagai variabel kontrol (dalam Statistik Multivariat).
Faktor yang mempengaruhi variabel respon tetapi tidak ingin diuji
pengaruhnya oleh eksperimenter karena tidak termasuk ke dalam tujuan studi.
8. Randomisasi.
Cara mengacak unit-unit eksperimen untuk dialokasikan pada eksperimen.
Metode randomisasi yang dipakai dan cara mengkombinasikan level-level dari
fakor yang berbeda menentukan jenis disain eksperimen yang akan terbentuk.
9. Kekeliruan eksperimen.
Merupakan kegagalan daripada dua unit eksperimen identik yang dikenai
perlakuan untuk memberi hasil yang sama.
Langkah-langkah setiap proyek eksperimen secara garis besar terdiri tiga
tahapan, yaitu planning phase, design phase dan a nalysis phase. (Hicks, 1993).
a. Planning phase.
Tahapan dalam planning phase, adalah:
1. Membuat problem statement sejelas-jelasnya.
2. Menentukan variabel bebas (dependent variables), yaitu efek yang ingin
diukur, sering disebut sebagai kriteria atau ukuran performansi.
3. Menentukan independent variables.
4. Menentukan level-level yang akan diuji kemudian menentukan sifatnya,
yaitu:
a.Kualitatif atau kuantitatif?
b.Fixed atau random?
5. Tentukan cara bagaimana level-level dari beberapa faktor akan
dikombinasikan (khusus untuk eksperimen dua faktor atau lebih).
b. Design phase.
commit to user
2. Menentukan urutan eksperimen (urutan pengambilan data).
3. Menentukan metode randomisasi.
4. Menentukan model matematik yang menjelaskan variabel respon.
5. Menentukan hipotesis yang akan diuji.
c. Analysis phase.
Tahapan dalam analysis phase, adalah:
1. Pengumpulan dan pemrosesan data.
2. Menghitung nilai statistik-statistik uji yang dipakai.
3. Menginterpretasikan hasil eksperimen.
Adapun tahap-tahap dalam pengolahan data hasil eksperimen meliputi uji
krakteristik data, uji ANOVA dan uji pembanding ganda.
1. Uji Karakteristik Data
Apabila menggunakan analisis variansi sebagai alat analisa data eksperimen,
maka seharusnya sebelum data diolah, terlebih dahulu dilakukan uji karakteristik
data berupa uji kenormalan, homogenitas variansi, dan independensi, terhadap
data hasil eksperimen.
a. Uji normalitas.
Uji normalitas adalah uji untuk mengukur apakah data memiliki
distribusi normal sehingga dipakai dalam statistik parametrik (statistik
inferensial). Ada beberapa metode yang digunakan untuk menguji pola
distribusi. Dua diantaranya adalah metode statistik Chi Squared dan
Kolmogorov-Smimov. Namun uji Chi-squared tidak cocok digunakan untuk
menentukan pola distribusi dari data yang berjumlah kecil. Hal ini dikarenakan
terjadinya kesulitan atau kesalahan dalam penentuan interval pada data jumlah
kecil. Akibatnya adalah terjadinya kesalahan pengelompokan, selanjutnya ini
menyebabkan uji Chi-squared ini tidak sensitif dalam penolakan atau
penerimaan temadap H0 (Tjahyanto, 2008).
Konsep dasar dari uji normalitas Kolmogorov Smirnov adalah dengan
membandingkan distribusi data (yang akan diuji normalitasnya) terhadap
distribusi normal baku. Distribusi normal baku adalah data yang telah
sebenarnya uji Kolmogorov Smirnov adalah uji beda antara data yang diuji
normalitasnya dengan data normal baku (Konsultan Statistik, 2009).
Uji Kolmogorov-Smirnov ini dilakukan pada tiap threatment atau
perlakuan, dimana pada tiap perlakuan terdiri dari n buah data (replikasi).
Persyaratan dalam melakukan uji Kolmogorov-Smirnov (Cahyono, 2006)
sebagai berikut:
1. Data berskala interval atau ratio (kuantitatif).
2. Data tunggal atau belum dikelompokkan pada tabel distribusi frekuensi.
3. Dapat digunakan untuk n besar maupun n kecil.
Langkah - langkah uji Kolmogorov-Smirnov (Sudjana, 2005) yaitu:
1. Urutkan data dari yang terkecil sampai terbesar.
2. Hitung rata-rata (x) dan standar deviasi (s) data tersebut.
n x x
n
i i÷÷
ø ö ç ç è æ
=
å
=1
... 2.14
(
)
1 2 2
-=
å
å
n n
x x
s
i i
... 2.15
dengan;
xi = data ke-i
n = banyaknya data
3. Transformasikan data tersebut menjadi nilai baku (z).
(
x
x
)
s
z
i=
i-
/
... 2.16
dengan;
xi = data ke-i
x = rata-rata s = standar deviasi
4. Berdasarkan nilai baku (z), tentukan nilai probabilitasnya P(z)
berdasarkan sebaran normal baku, sebagai probabilitas pengamatan.
Gunakan tabel standar luas wilayah di bawah kurva normal.
commit to user
n i x
P( i)= / ... 2.17
dengan;
i = data ke-
n = jumlah data
6. Tentukan nilai maksimum dari selisih absolut P(z) dan P(x) yaitu:
maks | P(z) - P(x)| , sebagai nilai L hitung.
Tahap berikutnya adalah menganalisis apakah data observasi dalam n kali
replikasi berdistribusi normal. Hipotesis yang diajukan adalah:
H0 : Sampel data observasi berasal dari populasi yang berdistribusi normal
H1 : Sampel data observasi berasal dari populasi yang tidak berdistribusi
normal
7. Memilih taraf nyata a, dengan wilayah kritik Lhitung > La(n). Apabila nilai
Lhitung < Ltabel , maka terima H0 dan simpulkan bahwa data observasi berasal
dari populasi yang berdistribusi normal.
b. Uji Homogenitas
Uji homogenitas bertujuan menguji apakah variansi error dari tiap level
atau perlakuan bernilai sama. Alat uji yang sering dipakai adalah uji Bartlett.
Namun uji Bartlett dapat dilakukan setelah uji normalitas terlampaui.
Menghindari kesulitan dalam urutan proses pengolahan, maka alat uji yang
dipilih adalah uji Levene Test. Uji Levene dilakukan dengan menggunakan
analisis ragam terhadap selisih absolut dari setiap nilai pengamatan dalam
sampel dengan rata-rata sampel yang bersangkutan (Permana, 2008).
Prosedur uji homogenitas Levene (Wijaya, 2000), sebagai berikut:
1. Kelompokkan data berdasarkan faktor yang akan diuji.
2. Hitung selisih absolut nilai pengamatan terhadap rata-ratanya pada tiap
level.
3. Hitung nilai-nilai berikut ini:
a. Faktor koreksi
n x
FK i
2 ) ( )
( =
å
………2.18dengan;
xi = data hasil pengamatan
b. SS faktor =
(
)
FK kxi -÷ ÷ ø ö ç
ç è
æ
å
2………... 2.19
dengan;
k = banyaknya data pada tiap level
c. SS total =
(
å
yi2)
-FK………... 2.20dengan;
yi = selisih absolut data hasil pengamatan dengan rata-ratanya untuk
tiap level
d. SS error = SStotal -SSfaktor……….. 2.21
Nilai-nilai hasil perhitungan di atas dapat dirangkum dalam sebuah daftar
[image:41.595.122.513.106.595.2]analisis ragam sebagaimana tabel 2.4 berikut ini.
Tabel 2.4 Skema umum daftar analisis ragam uji homogenitas
Sumber
Keragaman df SS MS F
Faktor F SS(Faktor) SS(Faktor)/ Df
error faktor
MS MS
Error n-1-f SSe SSe / Df
Total n-1 SStotal
Sumber: Wijaya, 2000
1. Hipotesis yang diajukan adalah :
H0: 62
2 5 2 4 2 3 2 2 2
1 s s s s s
s = = = = =
H1: Ragam seluruh level faktor tidak semuanya sama.
2. Memilih taraf nyata α.
3. Wilayah kritik: F > F α (v1 ; v2)
c. Uji independensi
Salah satu upaya mencapai sifat independen dengan melakukan
pengacakan terhadap observasi. Namun demikian, jika masalah acak ini
diragukan maka dilakukan pengujian dengan cara memplot residual versus
commit to user
error tidak independen. Apabila hal tersebut terjadi, berarti pengacakan urutan
eksperimen tidak benar atau eksperimen tidak terurut secara acak (Hicks,
1993).
2.4 PENELITIAN PENUNJANG
Sebagai penunjang suatu perancangan alat, diperlukan penelitian terdahulu
sebagai acuan referensi. Metode atau langkah pengujian, alat uji yang dipakai, dan
bahan spesimen yang diuji. Metode pengujian geser standar bahan komposit
dengan metode lekukkan V-notch (90o) pada balok benda uji merupakan
penelitian awal dari Iosipescu, 1967 yang kemudian menjadi acuan dalam
standarisasi ASTM D5379-93 yang selanjutnya disempurnakan pada ASTM
D5379-98.
Pada tahun 1967, Iosipescu mengeluarkan metode untuk menguji kekuatan
geser untuk material logam. Proses pengujian menggunakan metode Shear
Iosipescu sesuai dengan nama peneliti yang menerapkan pertama kali proses
pengujian. Pada spesimen bahan uji, terdapat dua takik (V-notch) bersudut 90o
(mirror atas bawah) pada sisi bagian tepi dari spesimen dengan tujuan untuk
memudahkan terjadinya proses deformasi yang terjadi hanya pada satu titik atau
garis. Desain alat uji dibuat asimetri dengan tujuan memudahkan proses pengujian
dan untuk membedakan antara head penekan spesimen dan base penahan
[image:42.595.113.514.218.677.2]spesimen.
Gambar 2.13 Pengujian geser Iosipescu
Besar gaya yang bekerja secara berlawanan, besarnya P (P1 dan P2) vertikal
sama dengan besarnya P (P1 dan P2) horizontal sehingga akan dihasilkan besaran sxy konstan atau tetap selama proses penekanan benda uji (T). Kedalaman setiap
kedudukan setara dengan seperempat dari tinggi total. Fixture uji geser tersusun
dari dua buah bagian identik yang antisymmetrically penempatannya terhadap
spesimen dan dikenakan pada bagian antara kepala mesin uji dengan spesimen
benda uji (gambar 2.14). Penekanan ke arah bawah atau penarikan beban,
tegangan geser yang seragam dikenakan atau ditujukan pada bagian yang berlekuk
atau paling kritis, dari spesimen. Tegangan geser murni diverifikasi dengan
[image:43.595.111.512.224.506.2]metode dari fotoelastisitas.
Gambar 2.14 Pengujian geser Wyoming
Sumber: Hui, 2000
Walrath, D.E dan Adams (1983) memaparkan versi menurut mereka hasil
dari uji geser Iosipescu untuk material berbahan komposit. Pada bagian yang
bergerak pada fixture, terpasang bearing post (bearing bertipe linear motion)
untuk menjaga kestabilan pergerakan pada saat pengujian (gambar. 2.14). Akibat
dari pemakaian bearing post tadi adalah tidak mempertahankan dua bagian fixture
yang antisymmetry. Jadi, antisymmetry dari dua bagian tidak dipertahankan. Versi
ini kemudian diadopsi sebagai metode standar pengujian geser untuk bahan
komposit dengan menggunakan metode V-notched beam. Versi ini juga kemudian
diadopsi sebagai ASTM pada standarisasi internasional. Interaksi hasil pengujian
commit to user
asimetris. Identifikasi yang kedua spesimen mengalami puntiran dan pelenturan
selama proses pengujian dan identifikasi yang ketiga adalah pada dua bagian
dimungkinkan fixture mengalami pergeseran atau tidak sejajar (missalign) selama
pengujian
Ifju, P.G (1994) juga mengeluarkan pendapat bahwa Wyoming uji geser
tidak menghasilkan tegangan geser murni sebagaimana dibuktikan oleh adanya
[image:44.595.164.437.225.502.2]strain normal pada bagian yang kritis dari spesimen.
Gambar 2.15 Pengujian geser Idaho
Sumber: Hui, 2000
Conant dan Odom (1994) menemukan bahwa ketidakstabilan lateral
spesimen adalah efek penyebab utama yang tidak diinginkan dalam pelaksanaan
uji geser Wyoming (gambar 2.14). Setelah serangkaian pengujian menggunakan
prototipe alat uji geser, para penulis ini merancang fixture uji geser Idaho (gambar
2.15). Pertama, memulihkan antisymmetry pada dua bagian dari fixture seperti
yang ditentukan pada gambar 2.14. Kemudian mereka menggunakan dua batang
fixture sebagai guide untuk membatasi fixture supaya bergerak dan memindahkan
hanya sepanjang batang. Batang bergeser menyesuaikan linier atau arah bantalan
yang bisa diperketat untuk mendapatkan zero-play untuk mencegah arah
pengujian keluar dari arah atau linear pengujian, kemungkinan pergeseran arah
nonhomogen seperti kayu, lem, kertas dsb. Beban geser murni, sebuah spesimen
pengujian mengalami deformasi geser jika susunan spesimen isotropik atau
deformasi geser bertambah melebihi normal jika susunan spesimen anisotropik.
Kesimpulannya penekanan horizontal diinduksi melalui batang panduan (gambar
2.15) dan ditujukan pada bagian paling kritis dari spesimen.
Gambar 2.16 Pengujian geser FPL
Sumber: Hui, 2000
Liu dan kawan-kawan (1999) kemudian merancang FPL fixture Pengujian
geser (gambar 2.16), bagian konvensional terdiri dari bagian kanan atas dan
bagian kiri bawah. Pada bagian kanan bawah dan bagian kiri atas adalah dua blok
pengendalian saat proses pengujian dilakukan. Blok ini dirancang sebagai
panduan dan arah menuju proses pengujian secara konvensional, kedua bagian
dipasang batang yang mampu bergerak dengan menggunakan bantalan luncur
sebagai media penggeraknya. Blok atas kiri merupakan bagian yang fix yang
digunakan sebagai orientasi menuju bagian kiri bawah oleh dua batang vertikal
dan untuk menuju bagian kanan atas oleh dua batang yang berkedudukan secara
horizontal. Blok kanan bawah dipasang bersamaan dengan dua bagian yang
dipasang sebelumnya. Desain FPL fixture mengatasi kendala dalam uji geser
Idaho dan mempunyai fungsi sama dengan fixture Iosipescu, kecuali bahwa FPL
