4
TINJAUAN PUSTAKA
Botani Tanaman
Tanaman lidah mertua dahulu disebut sebagai Sansevieria zeylanica. Tanaman ini merupakan sejenis herba tidak berbatang dan mempunyai rimpang yang kuat dan tegak. Daun tanaman lidah mertua berwarna hijau atau berbarik-barik kuning. Panjang daun dari tanaman ini dapat mencapai 1,75 m. Lidah mertua berasal dari Afrika tropis di bagian Nigeria Timur dan menyebar hingga ke Indonesia, terutama di Pulau Jawa. Tanaman ini dapat ditemui dari dataran rendah hingga ketinggian 1-1000 meter di atas permukaan laut. Daun dari tanaman ini mengandung serat yang mempunyai sifat kenyal dan kuat. Serat tersebut disebut sebagai bowstringhemp dan banyak digunakan sebagai bahan membuat kain.
Adapun sistematika tanaman lidah mertua adalah sebagai berikut: Kingdom : Plantae (Tumbuhan)
Divisi : Magnoliophyta (Tumbuhan berbunga) Sub Divisi : Angiospermae
Kelas : Liliopsida (berkeping satu / monokotil) Ordo : Liliaies
Famili : Agavaceae Genus : Sansevieria
Spesies : Sansevieria trifasciata Prain (Lingga, 2005).
Gambar 1. Tanaman Lidah Mertua Keterangan :
A = Daun Lidah Mertua B = Akar Lidah Mertua
Beberapa varietas Lidah Mertua (Sansevieria trifasciata) adalah :
1. Laurentii sama bentuknya seperti pedang, hanya warnanya hijau dengan tepi kuning yang lebar.
2. Hahnii warnanya sama dengan jenis dasar yaitu hijau dengan garis-garis melintang abu-abu putih, tetapi daunnya hanya sepanjang 10 cm dan pangkal daun melebar, daunnya tidak tegak lurus ke atas tetapi menyebar ke samping dan tersusun beraturan seperti helaian bunga atau pohon nenas.
3. Golden hahnii sama dengan Hahnii hanya warna daunnya hijau abu-abu dengan garis putih kuning lebar.
4. Silver hahnii daun warna hijau keperakan dengan garis-garis horizontal hijau kelam tersebar.
(Wianta, 1983).
Sansevieria memiliki akar serabut berwarna putih kekuningan sampai kemerahan. Pada tanaman yang sehat, akarnya banyak dan berserabut. Akar
A
tumbuh dari rimpang (rhizoma) yang dapat menghasilkan tunas anakan. Namun pada beberapa jenis seperti S. tom grumbly dan S.ballyii tunas anakan keluar dari ketiak daun melalui stolon (Tahir dan Sitanggang, 2008).
Selain terdapat akar juga terdapat organ yang menyerupai batang, orang menyebut organ ini sebagai rimpang atau rhizoma yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan sari-sari makanan hasil fotosintesis. Rimpang juga berperan dalam perkembangbiakan. Rimpang menjalar di bawah dan kadang-kadang di atas permukaan tanah. Ujung organ ini merupakan jaringan meristem yang selalu tumbuh memanjang (Anggraini, 2010).
Tanaman Sansevieria mudah dikenali dari daunnya yang tebal dan banyak mengandung air (fleshy dan succulent). Struktur daun seperti ini membuat Sansevieria tahan terhadap kekeringan. Proses penguapan air dan laju transpirasi dapat ditekan. Daun tumbuh di sekeliling batang semu di atas permukaan tanah. Bentuk daun panjang dan meruncing pada bagian ujungnya (Pramono, 2008).
Bunga kecil sampai sangat besar dan amat menarik, kebanyakan banci, aktinomorf atau sedikit zigomorf. Hiasan bunga berupa tenda bunga yang menyerupai mahkota dengan atau tanpa pelekatan berupa buluh, terdiri atas 6 daun tenda bunga, jarang hanya 4 atau lebih dari 6, kebanyakan jelas tersusun dalam 2 lingkaran. Benang sari 6, jarang sampai 12 atau hanya 3, berhadapan dengan daun-daun tenda bunga. Tangkai sari bebas atau berlekatan dengan berbagai cara. Kepala sari beruang 2, membuka dengan celah membujur, jarang dengan suatu liang pada ujungnya (Tjitrosoepomo, 2002).
Buah Sansevieria adalah jenis buah beri, yaitu buah yang memiliki celah berisi biji. Warna kulit buah saat masih muda hijau, setelah tua ada yang merah,
oranye, hitam, dan hijau kusam. Jumlah biji dalam satu celah antar spesies yang satu dengan yang lain berbeda, yaitu 1-4 biji. Saat masih muda kulit buah halus setelah tua kasar (Lingga, 2005).
Biji dihasilkan dari pembuahan serbuk sari pada kepala putik. Biji memiliki peran penting dalam perkembangbiakan tanaman. Biji Sansevieria berkeping tunggal seperti tumbuhan monokotil lainnya. Bagian paling luar dari biji berupa kulit tebal yang berfungsi sebagai lapisan pelindung. Di sebelah dalam kulit terdapat embrio yang merupakan bakal calon tanaman (Anggraini, 2010). Syarat Tumbuh
Iklim
Pada malam hari tanaman ini membutuhkan temperatur 15-17,5°C dan siang hari 20-22,5°C, meski demikian Sansevieria sangat bandel terhadap tinggi rendahnya temperatur, tanaman Sansevieria bisa diletakkan di berbagai tempat misalnya di teras, di bawah atap atau di tempat-tempat yang agak kering (Santoso, 2006).
Ada dua jenis Sansevieria berdasarkan kebutuhannya terhadap cahaya matahari. Pertama, jenis Sansevieria yang membutuhkan cahaya matahari penuh atau full sun. Misalnya, Sansevieria cylindrica, Sansevieria liberica, Sansevieria trifasciata. Tanaman Kedua, jenis Sansevieria yang menghendaki cahaya matahari yang tidak langsung, ini tumbuh baik di tempat yang ternaungi. Sansevieria yang masuk dalam kategori ini umumnya berdaun kuning, misalnya Sansevieria hyacinthoides dan jenis 'hahnii' (Anggraini, 2010).
Tempat Tumbuh
Keasaman (pH) media tanam yang ideal untuk Sansevieria adalah 5,5-7,5. Meskipun demikian tanaman ini bisa bertoleransi pada rentang pH 4,5-8,5. Pada kondisi asam, penyerapan hara nitrat dan fosfor akan terhambat. Kondisi asam juga mendorong bebasnya besi dan almunium yang justru merupakan racun bagi tanaman. Selain itu, media tanam yang terlalu asam merupakan tempat yang ideal bagi pertumbuhan patogen. Akibatnya, tanaman menjadi sangat rentan terhadap serangan penyakit yang disebabkan oleh jamur seperti busuk rimpang dan busuk daun (Pramono, 2008).
Serat
Serat adalah sebuah zat yang panjang, tipis dan mudah dibengkokkan. Serat yang dicita-citakan (diidealisir) dibatasi sebagai zat yang penampangnya nol, tidak punya tahanan terhadap lenturan, puntiran dan tekanan dalam arah memanjang, tetapi mempunyai tahanan terhadap tarikan, dan akan mempertahankan keadaan lurus. Serat yang sebenarnya, bagaimanapun mempunyai penampang, dan tahanan terhadap lenturan, puntiran, dan tekanan.
Serat yaitu suatu benda yang perbandingan panjang dan diameternya besar sekali. Serat merupakan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan benang atau kain. Sebagai bahan baku, serat tekstil memegang peranan yang sangat penting, sebab:
1. Sifat-sifat serat mempengaruhi sifat-sifat benang atau kain yang akan dihasilkan.
2. Semua pengolahan benang atau kain, baik secara mekanik maupun secara kimia selalu berdasarkan sifat-sifat yang dimiliki oleh seratnya.
Berdasarkan panjangnya, maka serat dibagi menjadi:
1. Serat staple yaitu serat-serat yang mempunyai panjang terbatas. 2. Serat filament yaitu serat-serat yang panjangnya lanjut.
Serat telah dikenal orang sejak ribuan tahun sebelum masehi. Flax dan wol adalah serat-serat tekstil yang pertama kali digunakan, sebab serat-serat tersebut mudah diantih menjadi benang daripada serat kapas (Enie dan Karmayu, 1980).
Serat terutama digunakan untuk pakaian, interior, dan industri. Pemakaian dalam bidang industri termasuk bangunan, transmisi tenaga, pertanian dan kehutanan, perikanan, pengepakan, pengangkutan dan perabot. Serat alam mempunyai pemakaian yang luas, seperti tali, lapisan kabel, kantong dan lakan. Keadaan ini akan dipengaruhi oleh harga dan manfaat serat buatan. Umpamanya dalam dunia perdagangan tali ban dan jala ikan misalnya, serat alam telah dipergunakan secara luas. Oleh karena keuletannya yang tinggi dan harga yang rendah, benang polietilen yang pecah atau terbelah dengan cepat telah menggantikan serat kapas untuk tujuan industri (Hartanto dan Watanabe, 2003). Klasifikasi Serat
Menurut asal seratnya, maka serat dapat digolongkan menjadi: Serat alam, ialah serat yang telah tersedia di alam, terdiri dari :
1. Serat tumbuh-tumbuhan
a. Biji : kapas dan kapok
b. Batang : flax, jute, rosella, ilenep, rami, urena, kenaf dan sunn c. Daun : albaka, sisal, ilenequen
2. Serat binatang
a. Stapel : wol (biri-biri) dan rambut (alpaca, unta, kashmir, mohair) b. Filamen : sutera
3. Serat mineral
a. Asbes : Chrysotile dan Crocidolite
Serat buatan, ialah serat yang dibuat oleh manusia, terdiri dari : 1. Organik
a. Polimer alam : alginat, selulosa (ester selulosa dan rayon termasuk kupramonium dan viskosa), protein dan karet. b. Polimer buatan :
- Polimer kondensasi : poliamida (nylon), poliester, poliuretan - Polimer adisi : polididrokarbon, polihidrokarbon yang
disubstitusi halogen, polihidrokarbon yang disubstitusi hidroksil, polihidrokarbon yang disubstitusi nitril.
2. Anorganik a. Gelas b. Logam c. Silikat
(Enie dan Karmayu, 1980).
Banyak jenis serat yang terdapat di alam ini baik itu serat alam maupun serat sintetik. Serat alam yang utama adalah kapas, wol, sutra dan rami (hemp), sedangkan serat sintetik adalah rayon, poliester, akril dan nilon. Masih banyak jenis lainnya yang dibuat untuk memenuhi keperluan industri dan sebagainya. Setiap serat sintetik terdiri dari rantai polimer dan kebanyakan merupakan polimer
berkristal. Oleh karena itu sifat kimianya tergantung pada struktur rantai polimer tersebut. Serat mempunyai bentuk tipis dan panjang dan mempunyai ciri-ciri cukup pada struktur dalamnya. Dilihat dari kenyataan, keluatan tarik, modulus elastik pada arah memanjang (modulus young), keduanya menunjukkan harga
yang sangat besar. Kekuatan melar dari serat adalah cukup baik (Surdia dan Saito, 2005).
Berikut ini adalah tabel perbandingan beberapa serat alam berdasarkan parameternya :
Tabel 1. Sifat Mekanis Serat Alam
Serat Panjang (mm) Diameter (mm) Massa jenis (Kg/m3) Modulus Youg (GPa) Kekuatan Tarik (MPa) Regangan (%) Bambu - 0,1-0,4 1500 27 575 3 Pisang - 0,8-2,5 1350 1,4 95 5,9 Sabut 50-350 0,1-0,4 1440 0,9 200 29 Flax 500 NA 1540 100 1000 2 Jute 1800-3000 0,1-0,2 1500 32 350 1,7 Kenaf 30-750 0,04-0,09 - 22 295 - Sisal - 0,5-2 1450 100 1100 -
Tabel 2. Menunjukkan sifat-sifat khas serat. Disamping sifat-sifat tersebut, ketahanan abrasi dan ketahanan lelah bagi nilon dan poliester adalah sangat baik sedangkan bagi asetat dan rayon agak buruk. Serat yang diinginkan dapat dipilih dari tabel-tabel tersebut :
Tabel 2. Sifat-sifat serat alami
Jenis
Sifat-sifat Kapas Wol Sutra
Hemp
Flaks Rami
Kekuatan tarik (g/d)
Standar 3.0-4.9 1.0-1.7 3.0-4.0 5.6-6.3 6.5
Basah 3.3-6.4 0.76-1.63 2.1-2.8 5.8-6.6 7.7
Tenasitas jenis kering/basah (%) 102-110 76-96 70 108 118
Kekuatan lup (g/d) 8-9 9.3 Kekuatan simpul (g/d) 2.9 4.5-4.8 5 Perpanjangan (%) Standar 3-7 25-35 15-25 1.5-2.3 1.8-2.3 Basah 25-50 27-33 2.0-2.3 2.2-2.4 Perpanjangan elastik (%) 74 (2%) 99 (2%) 54-55(8%) 84(1%) 84(1%) Perpanjangan 3% 45 (20%) 63(20%) 48(2%)
Ketahanan tarik asal (Modulus Young)
(g/d) 68-93 11-25 50-100 185-405
(kg/mm2) 950-1300 130-300 650-1200 2500-5500
Berat jenis 1.54 1.32 1.33-1.45 1.5
Kadar air kembali (%)
Resmi 8.5 15 11.0 12 Standar(20oC, 65%RH) 7 16 9 7-10 Lainnya (20oC, 20%RH) (20%, 95%RH) 24-27 (95%) 22(95%) 36-39 (100%) 23(100%) 31(100%)
(Surdia dan Saito, 2005).
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Umardani dan Pramono (2009) dalam pengolahan serat dari tanaman eceng gondok juga ditambahkan NaOH yang berfungsi untuk meningkatkan nilai elongasi serat eceng gondok namun tidak dapat meningkatkan regangan tarik serat eceng gondok, dimana dalam penelitiannya menggunakan kadar NaOH sebesar 5 %, 10% dan 15 %. Hal ini juga diperkuat dengan data penelitian yang telah dilakukan oleh Umardani dan Pramono, sebagai berikut :
Tabel 3. Perbandingan kekuatan tarik pada tanaman eceng gondok dengan atau tanpa perlakuan NaOH.
No. Perlakuan Kadar (%) Elongasi (%) Luas Serat (mm2) Gaya Tarik (N) Tegangan Tarik (N/mm2) 1 Non Perlakuan 0 0,857 0,037 1,014 27,397 2 NaOH 5 1,952 0,037 0,785 21,211 3 NaOH 10 2,142 0,037 0,491 13,257 4 NaOH 15 3,716 0,037 0,654 17,676
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Wijoyo, dkk. (2011) mengenai penggunaan NaOH pada uji tarik mulur serat nanas dengan perendaman NaOH (10%, 20%, 30% dan 40%) dengan variasi perendaman 2 dan 4 jam menyatakan bahwa, nilai elongasi semakin meningkat seiring dengan peningkatan kadar NaOH. Semakin lama waktu perendaman dan kadar NaOH yang digunakan semakin rendah, maka kekuatan tariknya cenderung mengalami penurunan. Ini disebabkan karena NaOH memiliki sifat yang mampu mengubah permukaan serat menjadi kasar, akibatnya kekuatan tarik semakin menurun setelah melampaui batas jenuhnya.
Tali Serat
Tali merupakan susunan benang-benang panjang yang saling tersusun satu sama lain dan membentuk suatu pilinan. Berdasarkan artikel Pencinta Alam (2012), tali adalah untaian-untaian panjang yang terbuat dari berbagai bahan yang berfungsi untuk mengikat, menarik, menjerat, menambat, menggantung dan sebagainya. Sedangkan tali serat adalah tali yang berasal dari bahan-bahan yang
memiliki kandungan serat dan tersusun membentuk sebuah anyaman atau pilinan (serat alam atau sintetis). Dalam perkembangannya, tali yang berasal dari serat
sintetis yang sering digunakan karena dapat diproduksi secara murah dalam jumlah yang besar. Namun demikian, serat alami ketersediaannya cukup melimpah di alam dan dapat dibudidayakan oleh manusia (renewable). Misalnya serat yang berasal dari pelepah pisang yang dapat dipilin menjadi sebuah tali. Pemintalan
Proses pemintalan tali serat menggunakan suatu alat bernama rope machine. Namun dalam hal ini serat yang akan dipintal menggunakan alat
pemintal secara manual tanpa menggunakan mesin (motor) sebagai tenaga penggerak. Serat yang telah disusun dengan panjang yang sama dan diameter yang telah ditentukan dimasukan dalam corong masukkan kemudian kumpulan serat tersebut dikaitkan pada rol penggulung. Setelah serat-serat terkait dengan benar, selanjutnya pegangan diputar searah jarum jam bersamaan dengan ditahannya serat pada corong masukan luar. Maka, serat terpintal bersamaan dengan berputarnya pegangan dan rol penggulung. Menurut Sinurat (2000) dalam tesis Junardi (2012), serat-serat dimasukkan secara manual melalui lubang pengumpan ke dalam corong pemuntir, serat yang telah dipuntir oleh corong pemuntir dimasukkan lagi kedalam corong tetap hingga ke lubang poros berongga dan selanjutnya dipuntir dan ditekan lagi oleh rol pemuntir, serat yang keluar dari rol pemuntir digulung oleh rol penggulung.
Ada 3 macam sistem pemintalan yaitu:
1. Sistem pemintalan serat pendek, yaitu sistem yang digunakan untuk mengolah serat kapas
2. Sistem pemintalan serat sedang, yaitu sistem yang digunakan untuk mengolah serat wol
3. Sistem pemintalan serat panjang, yaitu sistem yang digunakan untuk mengolah serat-serat batang dan daun
(Enie dan Karmayu, 1980).
Pemintalan serat sabut kelapa secara mekanik dengan menggunakan mesin pemintal berteknologi tepat guna telah dilakukan di Balai Penelitian Teknologi Karet Bogor untuk memenuhi kebutuhan serat bergelombang dalam pengolahan serat sabut kelapa. Dalam ujicoba tersebut diamati kinerja dan kondisi operasi
mesin serta kekuatan bahan konstruksi selama proses pemintalan. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa mesin pemintal serat sabut kelapa telah dapat beroperasi dengan baik untuk memintal serat, dengan laju putaran rangka pemutar 40 rpm, corong pemuntir 597 rpm dan rol penggulung 6 rpm. Mesin pemintal berkapasitas 550 gram per jam untuk pintalan berdiameter 3-4 mm dan 1.438 gram per jam untuk pintalan berdiameter 6-7 mm dengan kecepatan linier penarikan rol penggulung 110 meter per jam. Bahan konstruksi mesin telah mampu untuk menahan beban dinamis selama proses pemintalan.
Mesin pemintal serat sabut kelapa terdiri atas empat unit utama, yaitu motor penggerak, corong pemuntir, rangka pemutar, dan rol atau batang penggulung. Mesin pemintal digerakkan oleh motor listrik yang bertenaga 1 HP dengan laju putaran 1470 rpm. Motor listrik menggerakkan poros pulley dan pulley dengan transmisi V-belt atau pulley. Selanjutnya dengan transmisi V-belt, pulley menggerakkan poros yang juga sebagai poros roda gigi penggerak kedua corong pemuntir. Demikian juga dengan pulley yang menggerakkan poros yang berfungsi sebagai poros penggerak rangka pemutar. Rangka pemutar menggerakkan (memutar) roda gigi 11 yang bersinggungan dengan roda gigi pada poros statis. Selanjutnya poros roda gigi menggerakkan roda fiksi pada batang rol penggulung melalui transmisi roda-roda gigi di antara poros roda gigi dan serat yang akan dipintal ditumpuk di atas pengumpan.
Serat-serat tersebut dimasukkan secara manual oleh seorang operator melalui lubang pengumpan ke dalam corong pemuntir. Serat yang telah dipuntir oleh corong pemuntir dimasukkan lagi ke dalam corong tetap hingga ke lobang poros statis berongga dan selanjutnya dipuntir dan ditekan (dilemaskan) lagi oleh
roda pemuntir. Pintalan serat yang keluar dari roda pemuntir digulung oleh rol penggulung. Setelah rol penggulung terisi penuh, pintalan serat dipindahkan atau digulung pada rol cadangan dan selanjutnya dimanfaatkan sebagai bahan untuk pengolahan saburet setelah penguraian menjadi serat bergelombang dan bahan pembuatan tali dengan cara menggabungkan beberapa pintalan serat (Sinurat, 2000).
Untuk mengetahui kekuatan tali kita dapat melihatnya pada Catalog atau Manual Book dari tali tersebut. Biasanya tertulis Breaking Strength (Kekuatan Putus). Satuannya bisa dalam KN (Kilonewton) atau KG (Kilogram). 1 KN kalau dikilogramkan sebanyak 100 Kg. Ada juga yang namanya Numbers of Falls, yaitu berapa kali beban dijatuhkan hingga tali tersebut terputus. (Standarnya menggunakan FF1 dengan beban 80 Kg). Setelah mengetahui breaking strengthnya yang penting juga harus diketahui adalah SWL (Safe Working Load) atau beban kerja yang aman. Umumnya menggunakan rumus Breaking Strength / 5, kalau penggunaan untuk manusia BS/10 dan untuk Rescue BS/15 (Korpcitaka, 2008).
Suatu tali mempunyai diameter yang berbeda dengan yang lainnya yang akan berpengaruh terhadap elongasi (pertambahan panjang) dan kekuatannya. Hal ini dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4. Perbandingan kekuatan tali dengan berbagai ukuran diameter. Diameter Elongasi 80 kg (%) Kekuatan (kg) Jumlah Jatuh FF1 80 kg, jarak 1m 11 1,25 3000 10+ 10 2 2500 8 – 20+ 9 3 1800 3 – 10+ 8 4 1500 2 – 3 7 4 1000 0 – 2 Webbing solid 25 mm - 1500 – 2400 - Webbing tubular 25 mm - 1800 – 2250 -
Hal yang harus diperhatikan adalah pengurangan kekuatan tali. Ada beberapa hal yang bisa mengurangi kekuatan tali yaitu, ketika dibuat simpul pada tali, maka pada saat itu pula terjadi pengurangan kekuatan. Pengurangan ini tidak permanen, hanya pada saat ada simpul tersebut, yaitu disebabkan oleh tegangan dan tekanan yang terjadi pada tali akibat simpul yang dibuat. Tali dalam keadaaan basah. Tali yang basah bisa berkurang kekuatannya sampai 35 %.
Tabel 5. Menunjukkaan kekuataan tali dengan kondisi basah maupun kering dengan umur tali yang sama yang nyatanya pada kondisi kering jumlah jatuh FFI 80 kg, jarak 1 meter memiliki nilai yang tinggi, data dapat dilihat sebagai berikut :
Tabel 5. Perbandingan kekuatan tali kering atau basah berdasarkan umur tali. Usia Kering/Basah Jumlah Jatuh FF1 80 kg, jarak 1m
Baru Kering 41
Baru Basah 25
4,5 tahun Kering 4
4,5 tahun Basah 4
(Korpcitaka, 2008). Pengujian Tali Serat Uji Tarik
Sifat-sifat bahan teknik perlu diketahui secara baik karena bahan tersebut dipergunakan untuk berbagai macam keperluan dan berbagai macam keadaan. Deformasi bahan yang disebabkan oleh beban tarik adalah dasar pengujian dan kajian mengenai kekuatan bahan. Hal ini disebabkan oleh beberapa alasan, yaitu:
1. Mudah dilakukan
3. Kebanyakan bahan lebih mudah dilakukan uji tarik daripada uji tekan misalnya, sehingga dalam pengujian bahan teknik, kekuatan paling sering dinyatakan dengan uji tarik
(Zainuri, 2008).
Uji tarik dilaksanakan di laboratorium menggunakan satu dari beberapa jenis mesin uji. Beban dibaca dari jarum penunjuk (dials) atau layar digital. Beberapa mesin uji dapat membaca dan mencatat data secara otomatis dan menggambarnya dalam kertas plot. Tegangan diperoleh dengan membagi beban dengan luas penampang awal spesimen. Luasan spesimen akan berubah selama pembebanan (Zainuri, 2008).
Uji tarik adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Brand terkenal untuk alat uji tarik antara lain adalah Shimadzu, Iastron, dan Dartec (Sastranegara, 2009).
Tegangan (Stress)
Konsep paling dasar dalam mekanika bahan adalah tegangan dan regangan. Konsep ini dapat diilustrasikan dalam bentuk yang paling mendasar dengan meninjau sebuah batang prismatis yang mengalami gaya aksial. Batang prismatis adalah sebuah elemen struktural lurus yang mempunyai penampang konstan di seluruh panjangnya, dan gaya aksial adalah beban yang mempunyai
arah sama dengan sumbu elemen, sehingga mengakibatkan terjadinya tarik atau tekan pada batang. Intensitas gaya (yaitu gaya per satuan luas) disebut tegangan dan diberi notasi huruf yunani σ (sigma). Jadi, gaya aksial P, yang bekerja di penampang adalah resultan dari tegangan yang terdistribusi kontinu. Dengan mengasumsikan bahwa tegangan terbagi rata kita dapat melihat bahwa resultannya harus sama dengan intensitas σ dikalikan dengan luas penampang A dari batang tersebut. Dengan demikian, kita mendapatkan rumus berikut untuk menyatakan besar tegangan : 𝜎 =𝐹 𝐴 dimana, σ = tegangan tarik (N/m2) F = gaya (N) A = luasan permukaan (m2) (Gere dan Timoshenko, 2000).
Tegangan adalah perbandingan antara gaya yang bekerja pada benda dengan luas penampang benda tersebut sedangkan tegangan tarik adalah tegangan yang diakibatkan beban tarik atau beban yang arahnya tegak lurus meninggalkan luasan permukaan. Menurut Ishaq (2006), dalam elastisitas besaran gaya F memperhatikan sebuah sistem yang memiliki luasan dan volume, bukan sistem yang cukup diwakili sebuah pusat massa saja. Jadi gaya dalam hal ini dipandang bekerja pada sebuah titik pada medium. Atas dasar itulah besaran tegangan (stress) diperkenalkan. Stress didefinisikan sebagai gaya F yang bekerja pada satu satuan luas A. Hubungan antara gaya yang bekerja dan satu satuan luas dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Gaya F bekerja pada luas permukaan A
Jika benda diberi beban maka benda berada dalam keadaan berdeformasi berarti benda dalam keadaan tegang. Akibat adanya beban maka terdapat gaya-gaya reaksi dalam (internal) benda sendiri, karena adanya pergeseran molekul-molekul benda yang cenderung untuk mengimbangi beban ini dan mengembalikan bentuk benda kebentuknya semula. Gaya reaksi atau gaya untuk mengembalikan benda kebentuk asli persatuan luas di dalam benda disebut “stress”. Gaya reaksi ini terbagi rata ke seluruh penampang. Stress adalah besaran yang berbanding lurus dengan gaya penyebabnya. Stress normal (stress longitudinal ; stress pertama) ada dua macam :
a. Stress normal tekan, benda berada dalam keadaan kompressi.
b. Stress normal tarik, benda berada dalam keadaan tegang. Pada stress normal, gaya tegak lurus penampang
(Sarojo, 2002). Regangan (Strain)
Suatu batang lurus akan mengalami perubahan panjang apabila dibebani secara aksial, yaitu menjadi panjang jika mengalami tarik dan menjadi pendek jika mengalami tekan. Perpanjangan δ dari batang ini adalah hasil kumulatif dari perpanjangan semua elemen bahan di seluruh volume batang. Jika kita tinjau setengah bagian dari batang (panjangnya L/2), bagian ini akan mempunyai
perpanjangan yang sama dengan δ/2 dan jika kita meninjau seperempat bagian dari batang, bagian ini akan mempunyai perpanjangan yang sama dengan L/4. Dengan cara yang sama, satu satuan panjang dari batang tersebut akan mempunyai panjang yang sama dengan 1/L kali perpanjangan total δ. Dengan proses ini kita akan sampai pada konsep perpanjangan per satuan panjang atau regangan, yang diberi notasi huruf yunani ε (epsilon) dan dihitung dengan persamaan ε = ∆l l0 = (𝑙−𝑙𝑜) 𝑙𝑜 dimana, ε = regangan l = panjang akhir (m) l0 = panjang awal (m) ∆l = perubahan panjang (m) (Gere dan Timoshenko, 2000).
Regangan tarik didefinisikan sebagai perbandingan panjang ∆l terhadap panjang semula l0, dimana perpanjangan ∆l tidak hanya terjadi pada
ujung-ujungnya, tetapi setiap bagian batang akan memanjang dengan perbandingan yang sama (Young dan Freedman, 2002).
Sedangkan menurut Ishaq (2006) jika sebuah stress bekerja pada suatu benda maka dampak atau akibatnya benda mengalami strain (regangan). Dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 3. Strain normal
Pada arah normal, perubahan ditunjukkan dengan pemendekan bahan dari L menjadi L′ akibatnya volume bahan berubah. Strain secara umum didefinisikan sebagai :
τ =keadaan akhir − keadaan awalkeadaan awal
τ =∆LL
Perubahan pada ukuran sebuah benda karena gaya-gaya atau kopel dalam kesetimbangan dibandingkan dengan ukuran semula disebut “strain”. Strain adalah derajat deformasi. Macam-macam strain:
1. Strain linear = perubahan panjang per panjang semula : ∆l/l 2. Strain volum = perubahan volum per volum semula : ΔV/V
3. Strain geser = strain angular = deformasi dalam bentuk (bangun = shape), β. Jadi strain adalah suatu perbandingan atau sudut geser (β), berarti besaran yang tidak berdimensi dan tidak mempunyai satuan (Sarojo, 2002).
Suatu batang lurus akan mengalami perubahan panjang apabila dibebani secara aksial, yaitu menjadi panjang jika mengalami tarik dan menjadi pendek jika mengalami tekan. Jika batang mengalami tarik, maka regangannya
disebutregangan tarik, yang menunjukkan perpanjangan bahan. Demikian juga halnya jika batang mengalami tekan, maka regangannya disebut regangan tekan, dan batang tersebut memendek. Besarnya gaya yang diberikan pada benda memiliki batas-batas tertentu. Jika gaya sangat besar maka regangan benda sangat besar dan pertambahan panjang sebanding dengan gaya yang diberikan. Regangan tarik biasanya bertanda positif dan regangan tekan bertanda negatif (Mulyati, 2011).
Diagram Tegangan-Regangan
Jika suatu benda ditarik maka akan mulur (extension), terdapat hubungan antara pertambahan panjang dengan gaya yang diberikan. Jika gaya persatuan luasan disebut tegangan dan pertambahan panjang disebut regangan maka hubungan ini dinyatakan dengan grafik tegangan dan regangan (stress-strain graph), berikut gambarnya :
Gambar 4. Diagram Tegangan-Regangan
1. Batas proporsional (proportional limit), pada daerah ini berlaku Hukum Hooke bahwa tegangan sebanding dengan regangan. Kesebandingan ini tidak berlaku di seluruh diagram. Kesebandingan ini berakhir pada batas proporsional.
2. Batas elastis (elastic limit), batas tegangan di mana bahan tidak kembali lagi ke bentuk semula apabila beban dilepas tetapi akan terjadi deformasi tetap yang disebut permanent set. Untuk banyak material, nilai batas proporsional dan batas elastik hampir sama. Untuk membedakannya, batas elastik selalu hampir lebih besar daripada batas proporsional.
3. Titik mulur (yield point), titik dimana bahan memanjang mulur tanpa pertambahan beban.
4. Kekuatan maksimum (ultimate strength), merupakan ordinat tertinggi pada kurva tegangan-regangan yang menunjukkan kekuatan tarik (tensile strength) bahan.
5. Kekuatan patah (breaking strength), terjadi akibat bertambahnya beban mencapai beban patah sehingga beban meregang dengan sangat cepat dan secara simultan luas penampang bahan bertambah kecil
(Zainuri, 2008).
Diagram tegangan-regangan dari jenis-jenis material banyak macamnya, dan uji tegangan yang dilakukan berbeda pada material yang sama dengan hasil yang berbeda pula tergantung pada temperatur bahan dan kecepatan pembebanan. Itu memungkinkan, bagaimanapun untuk melihat perbedaan beberapa karakteristik pada diagram tegangan-regangan dengan jenis-jenis materi yang berbeda dan untuk membagi material kedalam dua kategori pada dasar karakteristik ini dinamakan kelenturan material dan kerapuhan material (Beer and Jhonston, 1981).
Deformasi
Sebuah gaya dikerjakan pada sebuah batang menyebabkan batang tersebut berubah (mengalami deformasi). Pertama, deformasi sebanding dengan beban yang ditingkatkan dalam batas-batas tertentu. Jika beban dihilangkan, maka batang akan kembali pada bentuk semula (perilakunya sama dengan sebuah per/pegas), daerah ini disebut dengan daerah elastis dan deformasinya ialah deformasi elastis. Bila beban ditingkatkan maka deformasi pada kebanyakan bahan meningkat secara proporsional (sebanding). Pada daerah ini struktur dalam dari bahan akan berubah bentuk secara tetap/permanen akibat gaya-gaya yang bekerja, jika beban dihilangkan, benda tidak dapat kembali pada bentuk semula dan akan terjadi deformasi permanen. Daerah ini disebut daerah plastis dan deformasinya adalah deformasi plastis (Daryanto, 2001).
Material–material yang ulet mengalami suatu regangan plastis (permanen) sebelum patah. Sebagai contoh, jika suatu batang baja dibebani, mula-mula batang itu akan melentur elastis. Pelenturan akan hilang bila beban ditiadakan. Suatu beban berlebih akan membengkokan batang secara permanen pada lokasi-lokasi dimana tegangan-tegangan melampaui kekuatan luluh dari baja tersebut (Van Vlack, 2004).
Hubungan Tegangan dan Regangan (Hukum Hooke)
Pada kebanyakan bahan teknik terdapat hubungan antara tegangan dan regangan. Untuk setiap peningkatan tegangan terjadi peningkatan regangan yang sebanding, sebelum batas tegangan dicapai. Jika tegangan mencapai nilai batas, hubungan regangan tidak lagi proporsional dengan tegangan. Hubungan proporsional tegangan dan regangan awalnya dinyatakan oleh Robert Hooke pada
tahun 1678 dan menjadi hukum Hooke. Modulus elastisitas atau modulus Young dinotasikan dengan simbol E dan berlaku untuk tarik dan tekan, dinyatakan dengan persamaan : E= σ ε = F A ( l - l0 ) l0 =
m.g A l-l0 l0 dimana, E = elastisitas (N/m2) F = gaya tarik (N) m = beban (kg) g = percepatan gravitasi (9,81 m/s2) A = luas penampang serat/tali serat (m2) l = panjang akhir (m)
l0 = panjang awal (m)
Karena regangan adalah murni angka (tidak mempunyai satuan karena perbandingan dimensi panjang dengan panjang), maka modulus elastisitas E mempunyai satuan yang sama dengan tegangan, yaitu pascal (Pa) atau megapascal (MPa). Nilai modulus elastisitas sangat penting untuk desain proses pada banyak bahan keteknikan (Zainuri, 2008).
Hukum Hooke berlaku pada daerah elastis saja, pada suatu saat stress cukup besar elastisitas benda menjadi tidak linier (E tidak lagi konstan), daerah ini disebut daerah plastis. Jika benda telah mencapai daerah plastis karena strees yang besar maka elastisitas benda akan hilang dan benda tidak lagi mampu kembali ke- bentuknya semula, sampai suatu saat karena strees terlampau besar, benda akan
putus atau hancur dimana ikatan molekul pada benda tidak lagi mampu mengatasi besarnya tekanan yang diberikan (Ishaq, 2006).
Uji Lentur
Kelenturan merupakan sifat material yang mampu menerima beban impak tinggi tanpa menimbulkan tegangan lebih pada batas elastis. Ini menunjukkan bahwa energi yang diserap selama pembebanan disimpan dan dikeluarkan jika material tidak dibebani. Pengukuran kelenturan sama dengan pengukuran ketangguhan (Zainuri, 2008).
Kelenturan merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle). Persen kelenturan adalah bahan meregang dan patah secara cepat dalam persen. Dimana panjang mula-mula dari suatu bahan adalah L0 dan panjang pada patahan adalah Lf, yaitu:
%kelenturan =L𝑓−L0
L0 × 100%
Persen pengurangan daerah merupakan cara lain untuk menentukan kelenturan. Itu ditetapkan dalam persamaan sebagai berikut:
%pengurangan =A0−A𝑓
A0 × 100%
dimana, A0 adalah daerah potongan melintang mula-mula dan Af adalah daerah patah (Hibbeler, 2005).
Ukuran panjang digunakan dalam perhitungan kelenturan dengan nilai standar 2 inci (50 mm). Bahan disusun dengan ujungnya dijepit pada alat uji. Alat
………... (4)
………... (6) ………... (5)
uji tarik didesain untuk memperpanjang bahan pada laju konstan dan hingga seterusnya serta pengukuran yang seragam (merata) saat diletakkan beban dan menghasilkan mulur (menggunakan extensometer). Uji tegangan dan regangan yang khususnya dilakukan beberapa menit adalah bersifat merusak. Ini menjelaskan bahwa uji bahan terdeformasi secara permanen dan biasanya patah (William and Callister, 1991).
