ANALISA PERAMBATAN RETAK
TERHADAP KELELAHAN AKIBAT KOROSI EKSTERNAL PADA KONSTRUKSI FERRIS WHEEL
ALUN-ALUN KOTA BATU
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh : ANDI FIKRIYANTO
201510120311179
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2021
ANALISA PERAMBATAN RETAK
TERHADAP KELELAHAN AKIBAT KOROSI EKSTERNAL PADA KONSTRUKSI FERRIS WHEEL
ALUN-ALUN KOTA BATU
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Disusun Oleh : ANDI FIKRIYANTO
201510120311179
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2021
ix
KATA PENGANTAR
Bismillahirohmanirohim
Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam karena berkat rahmat dan ridho-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Analisa Perambatan Retak Terhadap Kelelahan Akibat Korosi Eksternal Pada Konstruksi Ferris Wheel Alun-Alun Kota Batu. Sholawat serta salam semoga tetap dilimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW, beserta keluarga, sahabat dan umatnya hingga akhir zaman.
Tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi persyaratan akademik untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang. Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak terlepas dari Kuasa Allah SWT, doa dari kedua orang tua, peranan pembimbing dan bantuan dari seluruh pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin mengucapkan beribu terima kasih atas bantuan yang tak ternilai kepada :
1. Allah SWT, Tuhan semesta alam yang maha pengasih lagi maha penyayang yang memberikan rahmat, nikmat dan hidayah kepada umat- Nya, Rasulullah SAW, yang sudah menuntun kita menuju jalan yang lurus.
2. Ibu dan Ayah yang senantiasa memberikan doa yang begitu tulus, motivasi yang tak kunjung henti demi melihat anaknya sukses serta mendapatkan ilmu yang bermanfaat dan berkah.
3. Bapak Drs. Fauzan, M.Pd, selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Malang.
4. Bapak Dr. Ahmad Mubin, ST., MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang
5. Bapak Murjito, ST., MT. dan Ibu Iis Siti Aisyah, ST., MT., Ph.D selaku Ketua Jurusan dan Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang yang dengan kesabarannya membantu mahasiswa-mahasiswanya menyelesaikan segala urusan studinya.
x
6. Bapak Dr. Nur Subeki, ST., MT., selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Dr. Ir. Achmad Fauzan HS, MT., selaku Dosen Pembimbing II yang dengan penuh kesabaran membimbing, mengarahkan, dan memberikan pemahaman materi sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik, semoga lelah bapak menjadi lillah di mata Allah SWT.
7. Seluruh jajaran Dosen dan staff Teknik Mesin Unversitas Muhammadiyah Malang yang telah mendidik, membimbing, mengajarkan, dan memberikan ilmu dan pengetahuan yang luar biasa bermanfaat untuk kita semua. Semoga Allah SWT melipat gandakan amal kebaikan mereka.
8. Untuk Pemerintah Kota Batu dan Dinas Lingkungan Hidup Kota Batu, khususnya Bapak Doni, Ibu Fatma, Dan Ibu Risa selaku pengelola Alun- Alun Kota Batu, serta pihak bagian pengoperasian ferris wheel yang telah memberikan ijin penelitian dan akses data kepada penulis.
9. Seluruh pihak terkait dari PT. Sumber Jaya Sembilan selaku pihak Maintenance ferris wheel yang telah memeberikan ijin untuk mendapatkan data yang dibutuhkan dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
10. Keluarga Besar Alm. H. Jakir dan H Ratimin yang telah memberikan dukungan, motivasi dan doa baik untuk saya.
11. Saudara-saudaraku Keluarga Besar UKM PSHT Universitas Muhammadiyah Malang yang telah menjadi keluarga dan rumah ke-dua selama di perantauan ini.
12. Kawan-kawan Fungsionaris Himpunan Mahasiswa Mesin 2016/2017 Universitas Muhammadiyah Malang yang telah menjadi tempat berproses dan berkembang bersama menjadi pribadi yang bermental baja.
13. Tempat berproses terhebat LSO Mekatronic Universitas Muhammadiyah Malang, senang bertemu dan menggenal orang-orang hebat yang ada di keluarga besar LSO Mekatronic yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Orang-orang hebat yang dalam perjalanannya berjalan bersama dalam berproses dan berkembang menjadi pejuang yang tak kenal lelah untuk memberikan yang terbaik. Semoga semangatnya tidak pernah padam dan setiap langkahnya selalu diridhoi Allah SWT.
xi
14. Teman-teman Kelas D Teknik Mesin Angkatan 2015 serta kawan-kawan seperjuangan Teknik Mesin Angkatan 2015 yang banyak mengukir cerita selama seperjuangan dalam menuntut ilmu, semoga setiap langkah kita selalu diridhoi Allah SWT.
15. Sekolah kehidupan terbaik KKN Tematik Rehabilitasi dampak Bencana Alam Palu Berjuang, terimakasih kawan-kawanku dan rekan relawan kebencanaan atas segala dukungan, pengalaman hebat dan semangat keceriaan yang ditularkan. Semoga setiap langkah kita selalu diridhoi Allah SWT.
16. Sahabat One Fine Day yang telah memberikan ruang untuk saling berbagi dan memberikan motivasi untuk menjadi pribadi yang lebih baik.
17. Saudara seperjuangan dari Desa Sukaraja yang banyak mengukir cerita selama seperjuangan dalam menuntut ilmu, Terima kasih Wahyu, Eef, Riyan, Afi, Doni yang menjadi keluarga dan sahabat yang selalu memberikan dukungan dan doa baik kepada saya.
18. Untuk semua pihak yang belum disebutkan namanya, penulis memohon maaf dan terima kasih yang sebesar-besarnya. Semua keberhasilan ini tak luput dari bantuan, dan doa baik yang kalian berikan.
Penulis tidak mampu membalas jasa dari semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, Jazakumullah Khairan. Semoga amal baik semua pihak mendapat imbalan dari Allah SWT. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca demi kebaikan skripsi ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bernilai ibadah atas nama perjuangan kecil di jalan Allah SWT, Aamiin Allahuma Aamiin.
Wassalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Malang, 22 April 2021 Penulis
Andi Fikriyanto
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
POSTER ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR ... iv
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
1.1. Rumusan Masalah ... 4
1.2. Tujuan Penelitian ... 4
1.3. Manfaat Penelitian ... 4
1.4. Batasan Masalah ... 5
1.5. BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Korosi ... 6
2.1.1 Korosi Pada baja Karbon ... 6
2.1.2 External Corrosion ... 7
2.1.3 Korosi retak Tegang (Stress Corrosion Cracking) ... 9
xiii
2.1.4 Korosi Kelelahan (Corrosion Fatigue) ... 12
2.2 Non-Desttructive Testing ... 14
2.2.1 Liquid Penetrant Testing ... 15
2.2.2 Prinsip Kerja Liquid Penetrant Testing... 16
2.3 Hoop Stress ... 19
2.4 Fracture Mechanics ... 20
2.4.1 Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) ... 22
2.4.2 Elastic Plastic Fracture Mechanics (EPFM) ... 23
2.5 Mekanisme Kelelahan dan Kepecahan ... 24
2.6 Stress Intensity Factor ... 27
2.7 Laju Perambatan Retak (Crack Propagation) ... 32
2.8 Perhitungan Umur Kelelahan ... 36
BAB III METODE PENELITIAN ... 37
3.1 Jenis Penelitian ... 37
3.2 Waktu dan Lokasi Penelitian ... 37
3.3 Kondisi Operasi ... 38
3.4 Sumber Data ... 38
3.5 Metode Pengumpulan Data ... 39
3.6 Diagram Alir (Flow Chart) Kerangka Penelitian ... 40
3.7 Pengujian Cairan Penetran ... 43
3.8 Pengamatan Makrografi ... 47
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ... 48
4.1 Analisa Data ... 48
4.2 Data Pipa Konstruksi ... 50
4.3 Data Inspeksi Kehadiran Cacat dan Retak ... 51
4.3.1 Kehadiran Retak ... 51
xiv
4.3.2 Pengujian Cairan Penetran ... 53
4.3.3 Foto Makro ... 53
4.4 Analisa ... 55
4.4.1 Analisa Hoop Stress ... 55
4.4.2 Perhitungan Stress Intensity Factor (SIF atau K1) ... 57
4.5 Kecepatan Perambatan Retak ... 62
4.5.1 Perhitungan Range Stress Intensity Factor (ΔK) ... 62
4.5.2 Parameter Keretakan ... 63
4.5.3 Laju Perambatan Retak (Crack Propagation) ... 63
4.5.4 Perhitungan Umur Kelelahan ... 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 70
5.1 Kesimpulan ... 70
5.2 Saran ... 71
DAFTAR PUSTAKA ... 72
LAMPIRAN ... 75
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Ilustrasi beberapa jenis korosi yang terjadi pada pipa... 8
Gambar 2. 2 Kondisi yang dibutuhkan untuk terjadinya korosi retak tegang ... 9
Gambar 2. 3 Ilustrasi Bentuk Retakan Transgranular dan Intergranular ... 11
Gambar 2. 4 Karakteristik umum kurva lelah korosi ... 13
Gambar 2. 5 NDT methods ... 14
Gambar 2. 6 Liquid Penetrant Testing ... 16
Gambar 2. 7 Cara kerja pengujian dengan cairan Penetrant dan Developer ... 18
Gambar 2. 8 Rekomendasi minimum Dwell Times ... 18
Gambar 2. 9 Pendekatan mekanika teknik dan pendekatan mekanika retak ... 21
Gambar 2. 10 Tiga mode deformasi crack ... 22
Gambar 2. 11 Sistem koordinat dan komponen tegangan didepan ujung retak ... 29
Gambar 2. 12 Bentuk arah tegangan, tekanan, dan gaya pada pipa ... 30
Gambar 2. 13 Semi-eliptical crack pada pipa ... 30
Gambar 2. 14 Flaw shape parameter Q ... 32
Gambar 2. 15 Bentuk dari slip yang disebabkan beban berulang, kekanan menunjukkan jumlah siklus meningkat ... 33
Gambar 2. 16 Pertumbuhan retak tingkat I dan II ... 33
Gambar 2. 17 Grafik laju perambatan retak fatik ... 34
Gambar 3. 1 Liquid Penetrant Testing ... 43
Gambar 3. 2 penyemprotan red penetrant pada titik uji ... 44
Gambar 3. 3 Penyemprotan cairan developer pada titik uji ... 45
Gambar 3. 4 Tahapan pengujian dengan cairan Penetrant dan Developer ... 46
Gambar 4. 1 Konstruksi ferris wheel Alun-alun Kota Wisata Batu ... 49
Gambar 4. 2 Letak pipelines yang ditinjau ... 49
Gambar 4. 3 Gesekan antara rim dengan pipa penyangga yang menyebabkan terjadinya goresan/cacat ... 51
Gambar 4. 4 Lokasi A dan B goresan/cacat dan terkorosi yang terjadi pada pipa baja penyangga ferris wheel akibat gesekan dengan rim ... 52
Gambar 4. 5 Foto proses pengujian cairan penetran pada penyangga ferris wheel ... 53
xvi
Gambar 4. 6 foto makro hasil pengujian cairan penetran di titik inspeksi pada
bagian cacat A dan B... 54
Gambar 4. 7 Bentuk arah tegangan, tekanan, dan gaya pada pipa ... 57
Gambar 4. 8 Semi-elliptical Crack ... 58
Gambar 4. 9 Parameter cacat retak pada kondisi surface crack ... 59
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Karakteristik korosi retak tegang di bandingkan CFC dan HIC ... 10
Tabel 3. 1 Rekomendasi minimum dwell times ... 47
Tabel 4. 1 Data umum pipa baja konstruksi ferris wheel ... 50
Tabel 4. 2 Data inspeksi pengujian cairan penetran ... 54
Tabel 4. 3 Harga Q dengan pembebanan maksimum Hs/Sys = 0,3 ... 59
Tabel 4. 4 Harga Q dengan pembebanan minimum Hs/Sys = 0,2 ... 60
Tabel 4. 5 Hasil perhitungan SIF dengan pembebanan maksimum ... 60
Tabel 4. 6 Hasil perhitungan SIF dengan pembebanan minimum ... 61
Tabel 4. 7 Range stress intensity factor (ΔK) ... 62
Tabel 4. 8 Laju Perambatan Retak ... 63
Tabel 4. 9 Umur kelelahan pipa sampai ketebalan yang diijinkan ... 64
Tabel 4. 10 Umur kelelahan pipa (tiitik crack 1) sampai ketebalan yang diijinkan ... 65
Tabel 4. 11 Umur kelelahan pipa (tiitik crack 2) sampai ketebalan yang diijinkan ... 66
Tabel 4. 12 Umur kelelahan pipa (tiitik crack 3) sampai ketebalan yang diijinkan ... 67
Tabel 4. 13 Umur kelelahan pipa (tiitik crack 4) sampai ketebalan yang diijinkan ... 68
Tabel 4. 14 Perhitungan umur kelelahan pada setiap titik crack ... 69
72
DAFTAR PUSTAKA
[1] T. Moss, W. Kuang, and G. S. Was, “Stress corrosion crack initiation in Alloy 690 in high temperature water,” Curr. Opin. Solid State Mater. Sci., vol. 22, pp. 16–25, doi: 10.1016/j.cossms.2018.02.001.
[2] H. Dai, S. Shi, C. Guo, and X. Chen, “Pits formation and stress corrosion cracking behavior of Q345R in hydrofluoric acid,” Corros. Sci., vol. 166, p.
108443, 2020, doi: 10.1016/j.corsci.2020.108443.
[3] J. Barsom and S. Rolfe, Fracture and Fatigue Control in Structures:
Applications of Fracture Mechanics, Third Edition. 1999.
[4] K. R. Trethewey, J. Chamberlain, and T. K. Widodo, “Korosi : untuk mahasiswa sains dan rekayasa; alih bahasa, Alex Tri Kantjono Widodo,” in PT. Gramedia Pustaka Utama, 1st ed., Jakarta, 1991.
[5] D. N. Adnyana, “Stress Corrosion Cracking of Cage Superheater Tubes of a Newly Built Boiler", ”Metalurgi, 2017, doi:
10.14203/metalurgi.v32i3.357.
[6] M. N. Ilman and R. A. Barizy, “Failure analysis and fatigue performance evaluation of a failed connecting rod of reciprocating air compressor,” Eng.
Fail. Anal., 2015, doi: 10.1016/j.engfailanal.2015.03.010.
[7] S. Xue, R. Shen, W. Chen, and R. Miao, “Corrosion fatigue failure analysis and service life prediction of high strength steel wire,” Eng. Fail. Anal.
Elsevier Ltd, 2020, doi: 10.1016/j.engfailanal.2020.104440.
[8] Dieter and George E, Metalurgi mekanik jilid 1 / George E. Dieter; alih bahasa: Sriati Djaprie, vol. 1996. UMM Central Library, 1996.
[9] S. E. U. K. Maliwemu, V. Malau, P. T. Iswanto, I. Kambali, T. Sujitno,
“Corrosion Fatigue Crack Propagation of AISI 316L By Nitrogen Ion Implementation In Simulated Body Fluid,” Proced. Exp. Metal. 60, vol. 60, pp. 43–46, 2021, doi: ISSN : 0543-5846.
73
[10] ASME SECTION V, Nondestructive Examination. 10016-5990 USA: The American Society of Mechanical Engineers, 2013.
[11] B. Hull, V. John, B. Hull, and V. John, “Liquid Penetrant Inspection,” in Non-Destructive Testing, 1988.
[12] ASM International, “ASM Metals Handbook Vol.17, Nondestructive Evaluation and Quality Control,” Technology, 1997.
[13] https://www.pengelasan.net/penetrant-test. online [Accessed:02-Dec-2020].
[14] THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, “ASME B31.3 Process Piping - Code for Pressure Piping,” Am. Soc. Mech. Eng., vol. 76, no. 8, pp. 95–108, 2012.
[15] M. B.-G. B. Joachim Roesler, Harald Harders, Mechanical behaviour of engineering materials: Metals, ceramics, polymers, and composites. 2007.
[16] I. S. Putra, “Balai Pertemuan Ilmiah ITB : Penggunaan Mekanika Retak Dalam Analisis Tegangan Cacat Struktur Pesawat Terbang,” Majelis Guru Besar Institute Teknologi Bandung, 2010.
[17] N. Subeki, Jamasri, M. N. Ilman, and P. T. Iswanto, “The Influence of Preheat on Distortion and Fatigue Crack Propagation Rate of FCAW Weld in A 36 Steel Structure,” Appl. Mech. Mater., vol. 842, pp. 83–91, 2016, doi: 10.4028/www.scientific.net/amm.842.83.
[18] G. Pantazopoulos, A. Vazdirvanidis, A. Rikos, and A. Toulfatzis, “Analysis of abnormal fatigue failure of forklift forks,” Case Stud. Eng. Fail. Anal., vol. 2, no. 1, pp. 9–14, 2014, doi: 10.1016/j.csefa.2013.12.005.
[19] (DNV) Det Norske Veritas, “Fatigue Design of Offshore Steel Structures,”
Recomm. Pract. DNV-RP-C203, p. 126, 2010.
[20] A. Puspaningtyas, “Studi Parametrik Stress Intensity Factor (SIF) Pada Multiplanar Tubular Joint Berbasis Fracture Mechanics,” Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan FTK ITS, 2016.
74
[21] Dimas Wahyu Arie Chandra, “Analisa Keandalan Pipa Terhadap Kelelahan Akibat Pitting Corrosion,” Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan FTK ITS, 2016.
[22] P. D. Sugiyono, Metode Penelitian Bisnis. Pendekatan Kuantitatif, kualitatif dan R & D. 2015.
[23] “DATA ONLINE PUSAT DATA BASE BMKG” [Online].Available:
https://dataonline.bmkg.go.id. [Accessed: 07-Mar-2021].
[24] S. N. I. 1723. 2013, “Beban minimum untuk perancangan bangunan gedung dan struktur lain Badan Standardisasi Nasional,” Standar Nas.
Indones. 1723 2013, 2013.
[25] C. Juarez, F. Rumiche, A. Rozas, J. Cuisano, and P. Lean, “Failure analysis of a diesel generator connecting rod,” Case Stud. Eng. Fail. Anal., vol. 7, pp. 24–31, 2016, doi: 10.1016/j.csefa.2016.06.001.
[26] E. A. Basuki, I. Septiansyah, A. A. Korda, and H. Hasyim, “Effects of Welded Microstructure on Fracture Toughness and Crack Propagation Behavior of API 5L-X65 Pipe,” Int. J. Eng. Technol. IJET-IJENS Vol17 No05, no. 05, 2017.
[27] A. A. Fanany, D. M. Rosyid, and R. W. P, “Analisis Kelelahan Menggunakan Pendekatan Mekanika Kepecahan Berbasis Resiko pada Struktur BL Platform untuk Perpanjangan Umur Operasi dan Penentuan Interval Waktu Inspeksi,” J. Tek. ITS. Vol. 4, No. 1, ISSN 2337-3539 (2301- 9271 Print), vol. 4, no. 1, 2015.
[28] Z. S. Hosseini, M. Dadfarnia, B. P. Somerday, P. Sofronis, and R. O.
Ritchie, “On the theoretical modeling of fatigue crack growth,” J. Mech.
Phys. Solids, 2018, doi: 10.1016/j.jmps.2018.07.026.
72
