BAB I Tensile 1.1 Tujuan 1.1.1 Tujuan intruksional umum 1. Mahasiswa dapat melakukan pengujian tarik (Tensile Test) terhadap suatu material. 1.1.2 Tujuan intruksioanal khusus 1. Mahasiswa mampu membuat diagram tegangan-regangan teknik dan sebenarnya berdasarkan diagram beban-pertambahan panjang yang didapat dari hasil pengujian. 2. Mahasiswa mampu menjelaskan, menganalisa sifat-sifat mekanik material yang terdiri dari kekuatan tarik maksimum, kekuatan tarik luluh, reduction of area, elongation, dan modulus elastisitas. 1.2 Dasar Teori Salah satu sifat mekanik yang sangat penting dan dominan dalam suatu perancangan konstruksi dan proses manufaktur adalah kekuatan tarik. Kekuatan tarik suatu bahan didapat dari hasil uji tarik ( tensile test) yang dilaksanakan berdasarkan standar pengujian yang telah baku seperti ASTM (American Society of Testing and Material), JIS (Japan Industrial Standart), DIN (Deutch Industrie Normung) dan yang lainnya. Terdapat beberapa spesimen pada uji tarik. Bentuk spesimen sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah ini : 1. Specimen Plat Batang uji berupa plat ditentukan dahulu gauge lengthnya, yaitu 60 mm. Setelah itu diambil titik tengah dari gauge length, yaitu A 0 = 30 mm & B 0 = 30 mm. Kesemuanya itu diberi tanda dengan penitik kemudian diukur kembali panjang gauge lenghtnya apakah tepat 60 mm atau tidak, setelah itu nilainya 1
Transcript
BAB I
Tensile
1.1 Tujuan
1.1.1 Tujuan intruksional umum
1. Mahasiswa dapat melakukan pengujian tarik (Tensile Test) terhadap
suatu material.
1.1.2 Tujuan intruksioanal khusus
1. Mahasiswa mampu membuat diagram tegangan-regangan teknik dan
sebenarnya berdasarkan diagram beban-pertambahan panjang yang
didapat dari hasil pengujian.
2. Mahasiswa mampu menjelaskan, menganalisa sifat-sifat mekanik
material yang terdiri dari kekuatan tarik maksimum, kekuatan tarik
luluh, reduction of area, elongation, dan modulus elastisitas.
1.2 Dasar Teori
Salah satu sifat mekanik yang sangat penting dan dominan dalam suatu
perancangan konstruksi dan proses manufaktur adalah kekuatan tarik. Kekuatan
tarik suatu bahan didapat dari hasil uji tarik (tensile test) yang dilaksanakan
berdasarkan standar pengujian yang telah baku seperti ASTM (American Society of
Testing and Material), JIS (Japan Industrial Standart), DIN (Deutch Industrie
Normung) dan yang lainnya.
Terdapat beberapa spesimen pada uji tarik. Bentuk spesimen sebagaimana
ditunjukkan pada gambar di bawah ini :
1. Specimen Plat
Batang uji berupa plat ditentukan dahulu gauge lengthnya, yaitu 60 mm.
Setelah itu diambil titik tengah dari gauge length, yaitu A0 = 30 mm & B0 = 30
mm. Kesemuanya itu diberi tanda dengan penitik kemudian diukur kembali
panjang gauge lenghtnya apakah tepat 60 mm atau tidak, setelah itu nilainya
1
dimasukkan kedalam penandaan (L0).Gambar berikut ini merupakan spesimen
yang akan mendapat perlakuan uji tarik :
Gambar 1.1 Spesimen Plat
2. Specimen Round Bar
Batang uji berupa rounded ditentukan dulu gauge lenghtnya, yaitu 49.30
mm lalu ditentukan titik tengah gauge lenghtnya. Setelah itu diukur lagi
panjang gauge length dari A ke B untuk dimasukkan kedalam penandaan (Lo).
Setelah itu ditandai dengan penitik. Lihat pada Gmbar 1.2
Gambar 1.2 Spesimen Round Bar
3. Spesimen Beton Neser
Batang uji berupa deformed diratakan dulu ujung-ujungnya supaya dapat
diperoleh pengukuran panjang yang lebih presisi. Ujung batang dapat diratakan
dengan cara dikikir maupun dipotong dengan alat pemotong logam. Setelah itu
diukur panjang batang uji dengan menggunakan jangka sorong, lalu ditentukan
titik tengahnya dan dapat ditandai dengan menggunakan penitik. Setelah itu
ditentukan gauge lenghtnya , yaitu melalui Lo yang diperoleh dari rumus Lo=8
x D ; D= √ 4 mπρL
kemudian didapatkan Ao dan Bo. Kemudian diukur lagi
panjang gauge lengthnya (A ke B) Seperti Gambar 1.3 di bawah ini :
2
Gambar 3.3 Spesimen Beton Neser
Pada pengujian tarik spesimen diberi beban uji aksial yang semakin besar
secara kontinyu. Sebagai akibat pembebanan aksial tersebut, spesimen mengalami
perubahan panjang. Perubahan beban (P) dan perubahan panjang (∆L) tercatat
pada mesin uji tarik berupa grafik, yang merupakan fungsi beban dan
pertambahan panjang dan disebut sebagai grafik P - ∆L dan kemudian dijadikan
grafik Stress-Strain (Grafik P-Δℓ ) yang menggambarkan sifat bahan secara
umum. Berikut ini gambar grafiknya :
Gambar 1.4 Grafik P-Δℓ hasil pengujian tarik beberapa logam
Dari Gambar 1.4 di atas tampak bahwa sampai titik p perpanjangan
sebanding dengan pertambahan beban. Pada daerah inilah berlaku hukum Hooke,
sedangkan titik p merupakan batas berlakunya hukum tersebut. Oleh karena itu
titik p di sebut juga batas proporsional. Sedikit di atas titik p terdapat titik e yang
merupakan batas elastis di mana bila beban di hilangkan maka belum terjadi
pertambahan panjang permanen dan spesimen kembali kepanjang semula. Daerah
di bawah titik e di sebut daerah elastis. Sedangkan di atasnya di sebut daerah
plastis.
3
Di atas titik e terdapat titik y yang merupakan titik yield (luluh) yakni di mana
logam mengalami pertambahan panjang tanpa pertambahan beban yang berarti.
Dengan kata lain titik yield merupakan keadaan di mana spesimen terdeformasi
dengan beban minimum. Deformasi yang yang di mulai dari titik y ini bersifat
permanen sehingga bila beban di hilangkan masih tersisa deformasi yang berupa
pertambahan panjang yang di sebut deformasi plastis. Pada kenyataannya karena
perbedaan antara ke tiga titik p, e dan y sangat kecil maka untuk perhitungan
teknik seringkali keberadaan ke tiga titik tersebut cukup di wakili dengan titik y
saja. Dalam kurva titik y ditunjukkan pada bagian kurva yang mendatar atau
beban relatif tetap. Penampakan titik y ini tidak sama untuk semua logam. Pada
material yang ulet seperti besi murni dan baja karbon rendah, titik y tampak
sangat jelas. Namun pada umumnya penampakan titik y tidak tampak jelas. Untuk
kasus seperti ini cara menentukan titik y dengan menggunakan metode offset.
Metode offset di lakukan dengan cara menarik garis lurus yang sejajar dengan
garis miring pada daerah proporsional dengan jarak 0,2% dari regangan maksimal.
Titik y di dapat pada perpotongan garis tersebut dengan kurva σ-ε. Dapat dilihat
pada Gambar 1.5 di bawah ini :
Gambar 1.5 Metode offset untuk menentukan titik yield
Kenaikan beban lebih lanjut akan menyebabkan deformasi yang akan
semakin besar pada keseluruhan volume spesimen. Beban maksimum di
tunjukkan dengan puncak kurva sampai pada beban maksimum ini, deformasi
yang terjadi masih homogen sepanjang spesimen. Pada material yang ulet
(ductile), setelahnya beban maksimum akan terjadi pengecilan penampang
setempat (necking), selanjutnya beban turun dan akhirnya spesimen patah.
4
Sedangkan pada material yang getas (brittle), spesimen akan patah setelah
tercapai beban maksimum.
Grafik Tegangan-Regangan Teknik (σ t−σ t )
Hasil pengujian yang berupa grafik atau kurva P−Δℓ tersebut sebenarnya
belum menunjukkan kekuatan material, tetapi hanya menunjukkan besarnya
beban terhadap pertambahan panjang. Untuk mendapatkan kekuatan materialnya
maka grafik P−Δℓ tersebut harus di konversikan ke dalam tegangan-regangan
teknik (grafik σ t−εt ). Grafik σ t−εt di buat dengan asumsi luas penampang
spesimen konstan selama pengujian. Berdasarkan asumsi luas penampang konstan
tersebut maka persamaan yang di gunakan adalah :
σ t =P/Ao (1.1)
ε t=( Δl / l o )×100 Οο (1.2)
di mana :
σ t= tegangan teknik (kN/mm2)
P = tegangan teknik (kN)
Ao = luas penampang awal spesimen (mm2)
ε t = regangan teknik (%)
l o = panjang awal spesimen (mm)
l 1 = panjang spesimen setelah patah (mm)
Δl = pertambahan panjang (mm) = l 1 – l o
Adapun langkah-langkah untuk mengkonversikan kurva P−Δℓ ke dalam
grafik σ t−εt adalah sebagai berikut:
1. Ubahlah kurva P−Δℓ menjadi grafik σ t−εt dengan cara menambahkan
sumbu tegak sebagaiσ t dan sumbu mendatar sebagai ε t.
5
2. Tentukan skala beban (p) dan skala pertambahan panjang ( Δℓ ) pada grafik
P−Δℓ . Untuk menentukan skala beban bagilah beban maksimal yang di
dapat dari mesin dengan tinggi kurva maksimal, atau bagilah beban yield (bila
ada) dengan tinggi yield pada kurva. Sedangkan untuk menentukan skala
pertambahan panjang, bagilah panjang setelah patah dengan panjang
pertambahan total pada kurva dari perhitungan tersebut akan didapatkan data:
1. Skala beban (P) 1mm : ........... kN
2. Skala pertambahan panjang ( Δℓ ) 1mm : ........... mm
3. Ambillah 3 titik di daerah elastis, 3 titik di sekitar yield ( termasuk y), 3 titik di
sekitar beban maksimal (termasuk u) dan satu titik patah (f). Tentukan besar
beban dan pertambahan panjang ke sepuluh titik tersebut berdasarkan skala
yang telah di buat di atas. Untuk membuat tampilan yang baik, terutama pada
daerah elastis, tentukan terlebih dahulu kemiringan garis proporsional (α )
dengan memakai persamaan Hooke di bawah ini:
σ=Ε⋅ε (1.3)
di mana :
σ = tegangan/ stress (kg/mm2, MPa,Psi)
Ε = modulus elastisitas (kg/mm2,MPa,Psi)
ε = regangan/strain (mm/mm, in/in)
Dari persamaan 1.3 di dapatkan :
Ε=σ / ε =tg α (1.4)
4. Konversikan ke sepuluh beban (P) tersebut ke tegangan teknik σ t dengan
menggunakan persamaan 1.1 dan konversikan pertambahan panjangnya ( Δℓ )
ke regangan teknik (εt ) dengan memakai persamaan 1.2.
6
5. Buatlah grafik dengan sumbu mendatar ε t dan sumbu tegak σ t berdasarkan ke
sepuluh titik acuan tersebut. Grafik yang terjadi (gambar 1.6) akan mirip
dengan kurva P−Δℓ , karena pada dasarnya grafik σ t−εt dengan kurva
P−Δℓ identik, hanya besaran sumbu-sumbunya yang berbeda.
Gambar 1.6 Grafik σ t−εt hasil konversi grafik P−Δℓ
Grafik Tegangan-Regangan Sebenarnya (σs−εs)
Grafik tegangan-regangan sebenarnya (σs−εs) di buat dengan kondisi
luas penampang yang sebenarnya yang terjadi selama pengujian. Penggunaan
grafik ini khususnya pada manufaktur di mana deformasi plastis yang terjadi
menjadi perhatian untuk proses pembentukkan. Perbedaan paling menyolok grafik
ini dengan dengan grafikσ t−εt terletak pada keadaan kurva setelah titik u
(beban ultimate). Pada grafik σ t−εt setelah titik u, kurva akan turun sampai
patah di titik f (fracture), sedangkan pada grafikσ s−ε s kurva akan terus naik
sampai patah di titik f. Kenaikkan tersebut di sebabkan tegangan yang terjadi
dihitung dengan menggunakan luas penampang sebenarnya sehingga meskipun
7
beban turun namun karena terjadi pengecilan penampang lebih besar, maka
tegangan yang terjadi juga lebih besar.
Berdasarkan asumsi volume konstan maka persamaan yang di gunakan
adalah:
σs =σ t (1 + ε t ) (1.5)
ε s =ℓn ( 1 + ε t ) (1.6)
Persamaan diatas berlaku hanya sampai dengan titik maksimum, karena
sampai dengan titik tersebut tidak terjadi deformasi yang homogen sepanjang
benda uji.
Adapun langkah-langkah untuk mengkonversikan garfik σ t−εt ke dalam
grafik σ s−ε s adalah sebagai berikut:
1. Ambil kembali ke sepuluh titik pada grafik σ t−εt yang merupakan konversi
dari grafik P−Δℓ .Untuk menentukan nilai tegangan sebenarnya gunakan
persamaan 5 sedangkan untuk nilai regangan sebenarnya gunakan persamaan
1.6. Persaman tersebut hanya berlaku sampai titik maksimum yaitu titik 1-8.
Sedangkan nilai ke dua titik lainnya (titik 9 dan titik 10) yang berada setelah
puncak kurva akan mengalami perubahan.
2. Untuk menghitung nilai tegangan sebenarnya dan regangan sebenarnya pada
kedua titik tersebut gunakan persamaan berikut:
σ s=P/ A i (1.7)
ε s =ℓn(Ao/Ai) ` (1.8)
Dimana Ai = Luas penampang sebenarnya. Untuk titik ke-10, A10 adalah luas
penampang setelah patah, sedangkan untuk titik ke-9, A9 nilainya antara A8
dengan A10.
8
3. Buatlah grafik dengan sumbu mendatar ε s dan sumbu tegak σ s berdasarkan ke
sepuluh titik acuan tersebut.
Kesepuluh titik acuan tersebut terdapat dalam gambar di bawah ini :
Gambar 1.7 Grafik tegangan dan regangan sebenarnya(σs−εs)
Sifat Mekanik yang di dapat dari uji tarik
1. Tegangan Tarik Yield(σ y )
σ y=Py / AΟ (1.9)
di mana :
σ y = tegangan yield (kN/mm2)
Py = beban yield (kN)
2. Tegangan Tarik Maksimum/ Ultimate(σu)
9
σ u=Pu / AΟ (1.10)
di mana : σ u = tegangan ultimate (kN/mm2)
pu = beban ultimate (kN)
3. Regangan (ε )
ε=( Δℓ /ℓΟ )×100 00 (1.11)
di mana :
ε = regangan (%).
Δℓ = pertambahan panjang (mm)
ℓΟ = panjang awal spesimen (mm)
Regangan tertinggi menunjukkan nilai keuletan suatu material.
4. Modulus Elastisitas (E)
Kalau regangan menunjukkan keuletan, maka modulus elastisitas
menunjukkan kekakuan suatu material. Semakin besar nilai E, menandakan
semakin kakunya suatu material. Harga E ini di turunkan dari persamaan
hukum Hooke sebagaimana telah di uraikan pada persamaan 1.3 dan 1.4.
Dari persamaan tersebut juga nampak bahwa kekakuan suatu material
relatif terhadap yang lain dapat di amati dari sudut kemiringan (α ) pada garis
proporsional. Semakin besar α , semakin kaku material tersebut.
5. Reduksi Penampang/Reduction of Area (RA )
RA=[(A0-A1)/A0] ¿ 100%
di mana A1 = luas penampang setelah patah (mm2)
Reduksi penampang dapat juga di gunakan untuk menetukan keuletan
material. Semakin tinggi nilai RA, semakin ulet material tersebut.
1.3 Metodologi
1.3.1 Peralatan dan Bahan
10
1.3.1.1 Peralatan
a. Mesin uji tarik.
b. Kikir.
c. Jangka sorong.
d. Ragum.
e. Penitik.
f. Palu.
1.3.1.2 Bahan
a. Specimen uji tarik pelat.
b. Specimen uji tarik round bar.
c. Specimen uji tarik beton neser.
d. Kertas milimeter.
1.4 Langkah kerja
1. Menyiapkan spesimen
a. Ambil spesimen dan jepit pada ragum.
b. Ambil kikir, dan kikir bekas machining pada specimen yang
memungkinkan menmyebabkan salah ukur.
c. Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.
2. Pembuatan gauge length
a. Ambil penitik dan tandai spesimen dengan dua titikan sejuh 60 mm
untuk spesimen Plat dan Round Bar sedangkan untuk spesimen Beton
Neser titiknya sejauh 8kali diameter dari spesimen Beton neser.
Posisikan gauge lenght tepat di tengah-tengah specimen.
b. Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.
3. Pengukuran dimensi
a. Ambil spesimen dan ukur dimensinya.
11
b. Catat jenis spesimen dan data pengukurannya pada lembar kerja.
c. Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.
4. Pengujian pada mesin uji tarik
a. Catat data mesin pada lembar kerja.
b. Ambil kertas milimeter dan pasang pada tempatnya.
c. Ambil spesimen dan letakkan pada tempatnya secara tepat.
d. Setting beban dan pencatat grafik pada mesin tarik.
e. Berikan beban secara kontinyu sampai spesimen patah.
f. Amati dan catat besarnya beban pada saat yield, ultimate dan patah
sebagaimana yang tampak pada monitor beban.
g. Setelah patah, ambil specimen dan ukur panjang dan luasan
penampang yang patah .
h. Ulangi langkah di atas untuk seluruh specimen.
1.5 Hasil dan Pembahasan
1.5.1 Sifat Mekanik yang dapat di uji pada Uji Tarik
Keterangan:
Spesimen 1: Plat
Spesimen 2: Round Bar
Spesimen 3: Beton Neser
1. Perhitungan Yield Stress
Spesimen 1
σ y=F y/ AΟ
= (26 KN/119 mm)x1000
= 218,49 Mpa
Spesimen 2
12
σ y=F y/ AΟ
= (50 KN/124,62 mm)x1000
= 401,22 Mpa
Spesimen 3
σ y=F y/ AΟ
= (24 KN/67,89 mm) x 1000
= 353,51 Mpa
2. Perhitungan Ultimate Stress
Spesimen 1
σ u=Fu / AΟ
= (29 KN /119 mm )x 1000
= 243,69 Mpa
Spesimen 2
σ u=Fu / AΟ
= (66 KN/124,62 mm)x1000
= 529,61 Mpa
Spesimen 3
σ u=Fu / AΟ
= (32 KN /67,89 mm)x1000
= 471,35 Mpa
3. Perhitungan Elongation
Spesimen 1
ε=( Δℓ /ℓΟ )×100 00
= ((81,42-60,80)/60,80)x100%
= 33,91 %
13
Spesimen 2
ε=( Δℓ /ℓΟ )×100 00
= ((80,40-60,10)/60,10)x100%
= 33,77%
Spesimen 3
ε=( Δℓ /ℓΟ )×100 00
=((99,32-76,6)/76,6)x100%
= 32,42%
4. Modulus Elastisitas
Spesimen Uji 1(Plat)
Ε=σ / ε
= 0,61 kN/0,0666 mm
= 9.16 kN/mm2
Spesimen Uji 2( Round Bar)
Ε=σ / ε
= 0,40 kN/0,0801 mm2
= 4,99 kN/mm2
Spesimen Uji 3 (Beton Neser)
Ε=σ / ε
= 0,35 kN/0,0442 mm2
= 7,92 kN/mm2
5. Perhitungan Reduction of Area
Spesimen 1
RA=[(A0-A1)/A0] ¿ 100%
14
=[(119 – 42,72)/119] x 100%
= 64,10 % Mpa
Spesimen 2
RA=[(A0-A1)/A0] ¿ 100%
= [(124,62 – 46,78)/124,62] x 100%
= 62,46 % Mpa
Spesimen 3
RA=[(A0-A1)/A0] ¿ 100%
=[(67,89 – 22,38 )/67,89] x 100%
= 67,03 % Mpa
1.5.2 Tabel Tegangan-Regangan Teknik dan Sebenarnya
Spesimen 1 (Plat)
Skala pertambahan panjang 1mm = 0,357 mm
Skala beban 1mm = 1 kN
Tabel 1.1 specimen plat
No X Y
Skala X
Skala Y
Δli (mm)
Pi (kN)
Ao(mm2)
lo (mm)
li (mm)
Ai (mm2)
σt (MPa)
ԑt (%)
σs (Mpa)
ԑs (%)
0 0 0 0.37 1 0.00 0.00 119 60.80 60.80119.0
0 0.00 0.00% 0.00 0%
1 3 7 0.37 1 1.10 7.00 119 60.80 61.90116.8
8 0.05 1.81% 0.06 2%
2 440 0.37 1 1.47
40.00 119 60.80 62.27
116.19 0.33 2.42% 0.34 2%
3 660 0.37 1 2.21
60.00 119 60.80 63.01
114.83 0.50 3.63% 0.52 4%
4 770 0.37 1 2.58
70.00 119 60.80 63.38
114.16 0.58 4.23% 0.61 4%
5y11
73 0.37 1 4.05
73.00 119 60.80 64.85
111.57 0.61 6.66% 0.65 6%
613
80 0.37 1 4.79
80.00 119 60.80 65.59
110.31 0.67 7.87% 0.73 8%
15
715
85 0.37 1 5.52
85.00 119 60.80 66.32
109.09 0.71 9.08% 0.78 9%
820
90 0.37 1 7.36
90.00 119 60.80 68.16
106.14 0.75 12.11% 0.85 11%
925
95 0.37 1 9.21
95.00 119 60.80 70.01
103.35 0.79 15.14% 0.92 14%
10u
35
97 0.37 1 12.89
97.00 119 60.80 73.69 98.19 0.81 21.19% 0.99 19%
1150
80 0.37 1 18.41
80.00 119 60.80 79.21 63.26 0.67 30.28% 1.26 63%
12f54
70 0.37 1 19.88
70.00 119 60.80 80.68 42.72 0.58 32.70% 1.64 102%
0.0000% 50.0000% 100.0000%150.0000%0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
Tegangan - Regangan TeknikTegangan - Regangan Sebenarnya
