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 hajar@polbeng.ac.id dan suhardiman@polbeng.ac.id
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.
Tujuan Pengujian
Tujuan dari pengujian impac terhadap plaster gipsum disini adalah:
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. Satu unit alat uji impac kecepatan tinggi. 2. vernier caliper
3. Timbangan 4. Kamera digital
Sedangkan bahan yang digunakanadalah spesimen dari bahan plaster gipsum yang dibuat seperti pada gambar 3.1.
Gambar 3.1.
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: 1. Ringan, berat spesifik berada antara 1000
1300 kg/m
- 3.1.
3
. Karena plaster gipsum sang ringan, maka pemakian untuk lokasi yang tempat tinggi seperti plafon, atap, dan dinding lebih aman digunakan.
at 3.2. Persiapan Spesimen
2. Bahan penyerap suara yang baik, plaster gipsum dapat digunakan melapisi dinding ruangan yang berfungsi mereduksi suara. 3. Tahan terhadap panas, dan dibanding
dengan pelastik alporas tidak menimbulkan gas yang beracun.
4. 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.
5. Pengantar panas rendah (isolasi themal). 6. 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
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. METODE PENGUJIAN
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 W (mm) L (mm) R (mm) Th (mm) T – 1 T - 2 120 240 240 240 5 5 R – 1 R - 2 120 240 240 240 30 60 5 5 D1 (mm) D2 (mm) O 400 210 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
3.3. Set-up Peralatan
Set-up peralatan pengujian impak kecepatan tinggi ditunjukan pada gambar 3.
Gambar 3.5. Set-up peralatan.
Keterangan:
1. Saklar power 6. Tobol ON/OFF 2. Saklar kompresor 7. Tabung udara 3. Motor 8. Selongsong bar 4. Manometer 9. Slang plastik 5. Safety valve 10. Proyektil Gambar 3.6.
Penentuan jarak proyektil
sticker bar
3.4. Prosedur Pengujian Saklar power (1) di on-kan
Saklar kompresor (2) di on-kan (biru), dimatikan (warna merah) apabila tekanan kerja telah dicapai.
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
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. HASIL PENGUJIAN
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 No (mm) W (mm) L (mm) R (mm) Vol T (mm3) Massa (kg) 1 120 240 30 5 112,935 0.1319 2 120 240 30 5 112,935 0.1236 R-1 3 120 240 30 5 112,935 0.1208 4 120 240 5 108,000 0.118 5 120 240 5 108,000 0.1162 T-1 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 R-2 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 T-2 12 240 242 5.5 239,580 0.2677 D1 D2 Th 1 210 400 22 2,001,593 2.2184 2 210 400 22 2,001,593 2.2548 O 3 210 400 21 1,910,612 2.1867
4.1. Hasil Pengujian Laboratorium Hasil pengujian dengan Impac dapat dilihat pada gambar 4.1 dan tabel 4.2
Gambar 4.1.
Spesimen Sebelum dan Sesudah di Impac.
Tipe Sebelum di Impac Sesudah di Impac
R-1 T-1 R-2 T-2 O Tabel 4.2.
Data Hasil Pengujian Nomor
Spesimen
Tekanan kerja (MPa)
Gaya
Impac (N) Fenomena Retakan 1 0,30
94
Retak pada beberapa bagian
2 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
5. KESIMPULAN Nomor Spesimen Tekanan kerja (MPa) Gaya
Impac (N) Fenomena Retakan 12 0,38
119
Pecahannya lebih banyak dan hancur 1 0,25 79 Retak pada beberapa bagian 2 0,25 79 Retak pada beberapa bagian 3 0,3 94 Pecahannya lebih banyak dan hancur
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
anan 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.
tek
4.2. Analisis dengan ANSYS
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, McGraw-Hill,UK. 1989.
Noname. ANSYS. Workbook Realease 5.4. Third Editions, SAS IP.
