MODULUS PATAH DAN KUAT DESAK PADATAN fix.docx

8/14/2019 MODULUS PATAH DAN KUAT DESAK PADATAN fix.docx

1/18

1

MODULUS PATAH DAN KUAT DESAK PADATAN

( D )

I. TUJUAN PERCOBAANPercobaan ini bertujuan untuk :

1. Mengukur modulus patah dan kuat desak bahan padat berupa plester yangmerupakan campuran semen dan pasir.

2. Mencari hubungan antara komposisi campuran dan kuat mekanik bahan.

II. DASAR TEORIMaterial dalam bahan padat sangat penting peranannya dalam kehidupan

manusia, termasuk diantaranya industri kimia. Pada industri kimia, berbagai

material padat ini penting peranannya dalam menentukan bahan untuk reaktor,

tangki penyimpanan, dan lain sebagainya. Dalam memilih bahan padat, ada

beberapa parameter yang harus dipertimbangkan seperti ketahanan terhadap gaya

mekanik, ketahanan terhadap suhu dan ketahanan terhadap bahan kimia. Salah

satu dari parameter tersebut adalah ketahanan terhadap gaya-gaya mekanik,

parameter ini meliputi kuat tarik, kuat desak, modulus patah, momen puntir dan

lain-lain. Dalam percobaan ini, akan dipelajari metode untuk menentukan nilai

dari modulus patah dan kuat desak dari suatu bahan padat.

A. Modulus Patah

Modulus patah yang diukur dalam percobaan ini adalah nilai tegangan

lengkung (b) maksimum yang dapat diterima suatu benda agar benda tidak patah.

Gaya-gaya yang bekerja pada percobaan modulus patah disajikan pada gambar di

bawah ini:

L/2 L/2

F/2F

F/2

Gambar 1. Gaya - gaya yang bekerja pada padatan


2/18

2

Nilai modulus patah pada suatu bahan dapat dihitung dengan persamaan di

bawah ini:

Misal ditinjau resultan momen di sebelah kiri gaya F :

=2

L.

2

F

=4

F.L

M = 4

F.L

(2)

F

t

W

t

W

Penampang yang

menerima gaya F

sumbu

netral

Gambar 2.Luas penampang padatan yang menerima gaya F

Pada gambar di atas diketahui bahwa sumbu netral dari bahan berada di

pertengahan tebal benda (t) dan membujur sepanjang lebar searah dengan lebar

benda (w), sehingga secara matematis dapat dinyatakan dengan:

y = t.

2

1

(3)

w

b = zI

M.y

(1)

M = Resultan momen di sebelah kiri atau kanan

penampang yang menerima gaya

F = Gaya yang bekerja pada benda

Y = Jarak tepi benda ke sumbu netral

Iz = Momen inersia penampang yang menerima gaya

(terhadap sumbu netral)


3/18

3

A = w.t (4)

Dari persamaan di atas, maka dapat diketahui momen inersia penampang

benda yang menerima gaya adalah sebesar:

Ix =

).(..

2

1 2

twdt

= w. dtt ..41 2

=3..

12

1tw

(5)

Apabila persamaan (1) disubstitusi dengan persamaan (2), (3), dan (5),

maka akan menghasilkan:

b =

2wt12

1

2

t

4

FL

b = 22wt

3FL (6)

Untuk mendapatkan nilai F yang besar dari beban yang kecil dipakai sistem torsi :

Ff

PEngsel

Q

Sampel

F

R

W

N = -F

Gambar 3. Resultan gaya gaya yang bekerja saat pengukuran


4/18

4

Pada saat seimbang resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol,

secara matematis:

0

0PQN.PRW.

0PQF.PRW.

PQ

PRW.F

(7)

W = Gaya yang diberikan atau berat beban yang diberikan

F = Gaya yang bekerja pada sampel

PQ = Jarak engsel dan pisau pematah

PR = Jarak engsel ke titik gantung beban

O P Q R

WS

Beban

Penyeimbang

Engsel Sampel

Pisau pematah

Penumpu

Lengan tuas

Titik gantung

beban

Beban

Gambar 4. Rangkaian alat percobaan untuk mengukur modulus patah

plester

Jika persamaan (7) disubsitusikan ke persamaan (6), maka akan menghasilkan

persamaan akhir modulus patah sebagai berikut:

b = 22wt

3FL

b = 2.w.tPQ2.

.LPR3.W. (8)

Beban penyeimbang di atas diberikan sebelum percobaan dilakukan,

tujuannya untuk menyeimbangkan posisi tuas. Tanpa beban penyeimbang, posisi

tuas tidak seimbang karena posisi engsel tidak berimpit dengan titik berat tuas,

akibatnya pada keadaan awal nilai F tidak nol. Dengan kata lain, beban

dimana,


5/18

5

penyeimbang berfungsi untuk melawan torsi yang ditimbulkan oleh gaya berat

tuas.

Persamaan (8) di atas hanya berlaku jika diambil asumsi sebagai berikut :

W adalah pembebanan kontinyu, bukan pembebanan kejut Permukaan benda uji halus dan rata Posisi pisau pematah tepat di antara kedua penumpu Titik berat sampel berada tepat di antara kedua penumpu Gaya berat sampel diabaikan Penyeimbangan berlangsung dengan baik

Nilai w dan t diukur setelah sampel patah karena penampang benda

belum tentu homogen dan posisi penampang yang menerima gaya F sukar

ditentukan secara pasti sebelum sampel patah.

B. Kuat Desak

Kuat desak adalah besaran yang menyatakan nilai gaya desak per satuan

luas atau tegangan desak (c) maksimum yang dapat diterima suatu benda agar

benda tidak retak. Gaya - gaya yang bekerja saat percobaan kuat desak disajikan

dalam gambar 5:

F

N = -F

Gambar 5. Gaya yang bekerja pada plester pada percobaan pengukuran

kuat desak plester

Nilai kuat desak dari suatu benda dapat diketahui dari persamaan (9):

A

Fc (9)

F = Gaya desak yang bekerja pada benda

A = Luas permukaan desak (bidang yang diarsir)


6/18

6

N adalah gaya normal yang dikeluarkan permukaan penahan benda. Jika

N tidak ada, benda tidak akan mengalami pendesakan tetapi justru bergerak ke

bawah.

Cara melakukan percobaan kuat desak ini identik dengan percobaan

modulus patah.

O P Q R

WS

Beban

Penyeimbang

Engsel Sampel

Plat Penekan

Atas

Lengan tuas

Titik gantung

beban

Beban

Plat Penekan

Bawah

Gambar 6. Rangkaian alat percobaan pada pengukuran kuat desak plester

Dari persamaan-persamaan yang terdapat dalam modulus patah,

dihasilkan persamaan akhir kuat desak adalah sebagai berikut:

c =

A

F

c =PQA.

PRW. (10)

Persamaan (10) di atas hanya berlaku jika kita mengambil asumsi :

W adalah pembebanan kontinyu, bukan pembebanan kejut Sampel berbentuk prisma (luas penampangnya homogen) Permukaan sampel halus dan rata Penyeimbangan berlangsung dengan baikC. Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan bahan

Bahan yang diuji kekuatannya dalam percobaan ini adalah bahan keramik

yang terbuat dari campuran semen dan pasir. Ada beberapa faktor yang

menentukan kekuatan bahan, antara lain :

Bentuk agregat Ukuran agregat, ada ukuran optimum agar kekuatan maksimum


7/18

7

Homogenitas Umur Porositas Kondisi saat pembuatan.

Dalam percobaan ini akan dihitung nilai dari modulus patah dan kuat

desak bahan pada berbagai perbandingan komposisi semen dan pasir. Pada

umumnya, semakin tinggi kadar semen sampel akan semakin keras tetapi juga

semakin getas.


8/18


9/18

9

Ukur lebar sampel (w) dan tebal sampel (t) pada bidang patahan dengan jangkasorong

Pasang ember beban dan ember penyeimbang Masukkan pasir ke dalam ember penyeimbang sampai pisau pematah

diperkirakan hanya menempel pada sampel

Pasang sampel A di atas kedua penumpu Masukkan beban/pasir ke dalam ember beban secara perlahan-lahan dan

kontinyu sampai sampel A patah

Timbang berat beban (W) yang diperlukan Lakukan percobaan untuk sampel A sebanyak 3 kali Lakukan hal yang sama untuk sampel B, C dan D (masing-masing 3 kali)

2. Kuat Desak (Alat Laboratorium Praktikum Analisis Bahan/ Alat Tuas)

Ukur jarak antara engsel dan plat penekan atas ( PQ ) Ukur jarak antara engsel dan titik gantung beban ( PR) Pasang ember beban dan ember penyeimbang Masukkan pasir ke dalam ember penyeimbang sampai plat penekan atas

diperkirakan hanya menyentuh sampel

Ambil sampel E Pilih permukaan dari sampel E yang akan menerima gaya, pilihlah permukaan

yang paling halus, paling datar dan bentuknya paling beraturan (persegi atau

persegi panjang)

Hitung luas permukaan tersebut (A), gunakan jangka sorong untuk mengukurpanjang sisi-sisinya

Pasang sampel E pada plat penekan bawah Masukkan beban/pasir ke dalam ember beban secara perlahan-lahan dan

kontinyu sampai sampel H retak

Timbang berat beban (W) yang diperlukan Lakukan percobaan untuk sampel E sebanyak 3 kali Lakukan hal yang sama untuk sampel F,G dan H (masing-masing 3 kali)


10/18

10

D. Analisis Data

1. Menghitung nilai modulus patah (b) sampel dengan persamaan (8) :2b .w.tPQ2.

.LPR3.W.

2. Menghitung nilai modulus patah ratarata (b.A

) :

3

b.A3b.A2b.A1

b.A

(11)

3. Membuat persamaan pendekatan modulus patah rata sebagai fungsi komposisiP (X) dengan metode regresi linierleast square

b

= f (X) = mX + k ; m dan k = konstanta (12)

(13)

4. Menghitung kesalahan relatif b hasil persamaan regresi linier terhadap b hasileksperimen

.100%

%relatif,Kesalahannb.persam aa

enb.eksperimnb.persam aa

(14)

5. Menghitung nilai kuat desak (c) sampel dengan persamaan (10):

PQA.

PRW.c

6. Menghitung nilai kuat desak ratarata :

3

c.E3c.E2c.E1

c.E

(15)

7. Membuat persamaan pendekatan kuat desak (c) sebagai fungsi fraksikomposisi P (X) dengan metode regresi linier least square

kmXXfc ; m dan k = konstanta (16)

8. Menghitung kesalahan relatif C hasil persamaan regresi linier terhadap Chasil eksperimen

.100%

%relatif,Kesalahannc.persamaa

enc.eksperimnc.persamaa

(17)


11/18

11

9. Menghitung kesalahan relatif ratarata :datajumlah

relatifkesalahanrata-ratarelatifKesalahan

(18)

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Bahas data percobaan, hasil perhitungan, dan grafik Anda, hubungkan

dengan teori yang ada.

V. KESIMPULAN

Tuliskan kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan yang telah

dilaksanakan.

VI. DAFTAR PUSTAKA

Andrews, A.I., 1928, Ceramic Test and Calculation, pp. 43-46, John Wiley and

Sons, Inc., New York

Timoshenko, S., 1958, Strength of Materials Part I, Robert E. Kriegler, New

York

van Vlack, L. H., 1964, Physical Ceramics for Engineers, Addison-Wesley

Publishing Company, Inc., London


12/18

12

VII.LAMPIRAN

A. Data Percobaan

Lampirkan data percobaan yang telah diperoleh pada praktikum.

B. Perhitungan

B.1 Percobaan Modulus Patah

1. Menghitung nilai modulus patah (b) semua sampel dengan persamaan(8) :

2b .w.tPQ2.

.LPR3.W.

2. Menuliskan hasil perhitungan langkah (1) dalam bentuk tabel, contoh :No. Sampel w, cm t, cm W, kg

2b cm

kg,

1 A

O:P = 1:3

wA1 tA1 WA1 b.A1

2 wA2 tA2 WA2 b.A2

3 wA3 tA3 WA3 b.A3

4 B wB1 tB1 WB1 b.B1

3. Menghitung nilai modulus patah rata-rata (b ) setiap sampel, contoh :

3

b.A3b.A2b.A1

b.A

(11)

4. Membuat tabel modulus patah rata-rata, contoh :No. Sampel b , 2

cm

kg

1 A b.A

2 B b.B

5. Membuat persamaan pendekatan modulus patah sebagai fungsikomposisi P (X) dengan metode regresi linier least square

kmXXfb ; m dan k = konstanta (6)


13/18

13

.100%PO

PX

(7)

contoh : sampel A dengan O:P = 1:3 maka :

75%.100%31

3XA

Data untuk perhitungan regresi linier ada 4 yaitu : b.A,AX

, b.B,BX

, b.C,CX

, b.D,DX

6. Menghitung kesalahan relatif b hasil persamaan regresi linier terhadapb hasil eksperimen

.100%

%relatif,Kesalahannb.per samaa

enb.eksperimnb.per samaa (12)

7. Menyusun tabel perbandingan data hasil perhitungan dengan data hasileksperimen, contoh :

No. Sampel X, % 2cm

kg,

nb.persamaa

2cm

kg,

enb.eksperim

Kesalahan

relatif, %

1 A 75,0000 76,1531 74,5280 2,1340

2 B 83,3333 41,3021 46,9386 13,6471

8. Menghitung kesalahan relatif rata-rata :datajumlah

relatifkesalahanrata-ratarelatifKesalahan

(13)

9. Membuat grafik regresi linier dengan X sebagai sumbu x dan bsebagaisumbu y

10.Mengulangi langkah (5), (6), (7), (8) dan (9) dengan pendekatan regresieksponensial

(19)

dengan : modulus patah,

x : komposisi pasir dalam sampel, %

m, k : konstanta


14/18

14

dengan memisalkan

(20)

Y = B + A x (21)

dengan y : ln

B : ln m

A : b

B.2 Percobaan Kuat Desak

1. Menghitung nilai kuat desak semua sampel dengan persamaan :

PQA.

PRW.c jika alat yang digunakan adalah alat pendesak tuas

2. Menuliskan hasil perhitungan langkah (1) dalam bentuk tabel, contoh :No. Sampel A, cm2 Alat W, kg

2c cm

kg,

1 E

O:P = 1:10

AE1 Tuas WE1 c.E1

2 AE2 Tuas WE2 c.E2

3 AE3 Tuas WE3 c.E3

4 F AF1 Tuas WF1 c.F1

3. Menghitung kuat desak rata-rata ( c ), contoh :

3

c.E3c.E2c.E1

c.E

(11)

4. Membuat tabel kuat desak rata-rata, contoh :No. Sampel c

1 E c.E

2 F c.F

5. Membuat persamaan pendekatan kuat desak (c) sebagai fungsi fraksikomposisi P (X) dengan metode regresi linier least square

kmXXfc ; m dan k = konstanta (12)


15/18

15

.100%PO

PX

(13)

contoh : sampel E dengan O:P = 1:10, maka :

90,9091%.100%101

10XE

Data untuk perhitungan regresi linier ada 4, yaitu : c.E,EX ,

c.F,FX , c.G,GX , c.H,HX

6. Menghitung kesalahan relatif regresi linier dengan cara yang samadengan perhitungan modulus patah.

7. Membuat tabel perbandingan c hasil persamaan regresi linier dengan chasil eksperimen, contoh :

No. Sampel X, % 2cm

kg,nc.persamaa

2cm

kg,

enc.eksperim

Kesalahan

relatif, %

1 E90,909

113,8484 12,4158 10,3448

2 F92,307

7

7,7212 8,3853 8,6006

8. Menghitung kesalahan relatif rata-rata9. Membuat grafik persamaan regresi linier dengan X sebagai sumbu x dan

csebagai sumbu y

10.Mengulangi langkah (5), (6), (7), (8) dan (9) dengan persamaan regresieksponensial.

(22)

dengan : kuat desak,

x : komposisi pasir dalam sampel, %

m, k : konstanta


16/18

16

dengan memisalkan

(23)

Y = B + A x

dengan y : ln

B : ln m

A : b

C. Identifikasi Hazard Proses dan Bahan Kimia

Hati hati saat menggunakan alat modulus patah dan kuat desak karena jikatidak hatihati bisa terhimpit.

Hati hati saat mengangkat paket beban karena jika tidak hati hati bisamenjatuhi tangan dan kaki.

Basahi pasir apabila banyak debu agar debunya tak bertebangan dan masuk kemata atau hidung.

Jika debu atau pecahan masuk mata segera bersihkan dengan air. Jika dada sesak karena menghirup debu segera keluar mencari udara bersih.

D. Penggunaan Alat Perlindungan Diri

Masker : untuk mencegah debu masuk ke saluran pernapasan Sarung tangan : agar tangan tidak kotor atau tergores Jas lab : menghindarkan baju dari debu yang bisa menempel. Goggle : untuk melindungi mata dari debu dan serpihan serpihan

padatan

E. Manajemen Limbah

Pecahan atau patahan plester hasil praktikum dibersihkan dan

dibuang ke tempat yang telah disediakan.


17/18

17

LAPORAN SEMENTARA

MODULUS PATAH DAN KUAT DESAK BAHAN PADAT

(D)

Nama Praktikan : 1. NIM : 1.

2. 2.

3. 3.

Hari/Tanggal :

Asisten : Aditya Perdana Putra / Arief Imam Santoso*

Data Percobaaan :

A. Percobaan Modulus Patah

L = m

PQ = m

PR = m

No. Sampel w, cm t, cm W, kg

1 A

O:P = 1:3

2

3

4 B

O:P = 1:5

5

6

7 C

O:P = 1:7

8

9

10 D

O:P = 1:9

11

12


18/18

18

B. Percobaan Kuat Desak

Alat yang digunakan =

PQ = m

PR = m

No. Sampel A, cm W, kg

1 E

O:P = 1:10

2

3

4 F

O:P = 1:12

5

6

7 G

O:P = 1:14

8

9

10 H

O:P = 1:16

11

12

Yogyakarta,

Asisten Jaga, Praktikan,

1.

2.

3.

MODULUS PATAH DAN KUAT DESAK PADATAN fix.docx

Documents

Transcript of MODULUS PATAH DAN KUAT DESAK PADATAN fix.docx