Laboratorium Motor Bakar Hari/ Tanggal : Kamis, 7 Mei 2009 Praktikum Terpadu Mekanika dan Bahan Teknik (PTMBT)
PENGUKURAN KUAT TARIK BAHAN KAYU DAN LOGAM Disusun oleh : Taubing Des Marlianto
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009 A. Tujuan Praktikum a.Menghasilkan sifat kekuatan dan kekakuan untuk populasi yang diwakili oleh bahan yang akan diuji (yaitu satu kelas, kombinasi dari beberapa kelas, jenis tertentu, kelompok jenis atau contoh uji yang teridentifikasi maupun tidak). b. Untuk menegaskan validitas sifat kekuatan dan kekakuan populasi yang diwakili oleh bahan yang akan diuji.
c. Untuk mengetahui pengaruh parameter-parameter parameter-parameter yang mempengaruhi sifat kekuatan dan kekakuan bahan seperti kadar air, temperatur, ukuran dan letak mata kayu atau, miring serat. B. Landasan Teori
Setiap bahan memiliki sifat umum yang meliputi sifat mekanik, fisik, dan kimiawi. Sifat yang dibahas pada praktikum ini adalah sifat mekanik. Sifat mekanik bahan meliputi kekuatan (strength) yang dinyatakan dalam bentuk tegangan (stress) serta deformasi yang dinyatakan dalam bentuk regangan (strain). Dari kedua sifat mekanik tersebut dapat diperoleh hubungan yang disebut modulus elastisitas. σ = P/A keterangan : σ = tegangan (N) ε = ΔL/L keterangan : ε = regangan E = σ/ε keterangan : E = Modulus Elastisitas (N/m2). Kekuatan tarik adalah kekuatan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha menarik kayu. Terdapat 2 (dua)macam keteguhan tarik yaitu: a.Keteguhan tarik sejajar arah serat yaitu . Pengukuran kekuatan ini dilakukan
untuk pengukuran pada kayu yang memikul beban yang bekerja pada arah beban yang sejajar dengan arah serat kayu. b.Keteguhan tarik tegak lurus arah serat yaitu Pengukuran yang memikul beban pada arah beban yang bekerja tegak lurus serat. Kekuatan tarik terbesar pada kayu ialah keteguhan tarik sejajar arah serat. Kekuatan tarik tegak lurus arah serat lebih kecil dari ipada kekuatan tarik sejajar arah serat.
. Jika suatu batang memiliki penampang A dan panjang L mengalami gaya tarik sebesar P, maka akan terjadi tegangan tarik sebagai reaksi internalnya. Gaya P tersebut bekerja pada centroid batang. Untuk setiap kayu memiliki sifat yang berbeda sehingga memiliki kuat tarik yang berbeda pula. Bahan logam juga memiliki sifat dan karateristik tertentu. Bila dibandingkan dengan bahan kayu, bahan logam memiliki kuat tarik yang lebih besar. C. Metode Praktikum 1. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang diperlukan dalam praktikum “kuat tarik” meliputi: Universal testing machine. Specimen bahan kayu dan logam. Termometer bola basah dan bola kering. Stopwatch/pencatat waktu. Jangka sorong dan penggaris 2. Cara Kerja 1. Sediakan spesimen kayu 2. Persiapkan ”Universal Testing Mechine”
3. Sebelum melakukan pengujian, amati secara visual spesimen, catatlah bila ada cacat atau kerusakan pada spesimen tersebut. Ukurlah dimensi spesimen. 4.Lakukan pengujian sesuai dengan spesimen yang telah disediakan. Masing-masing kelompok melaksanakan uji tarik pada satu specimen. 5. Catatlah data yang ditunjukkan oleh jarum di Universal Testing Machine setiap 5 detik
6. Ulangi uji tarik untuk spesimen bahan logam (baja tulangan). Lengkapi
tabel data pengujian. 7. Bandingkan data yang Anda peroleh dengan kelompok lain 8. Tentukan kelas kuat kayu dari spesimen kelompok Anda 9. Jelaskan faktor-faktor yang menentukan kekuatan kayu dan logam D. Hasil dan Pembahasan
t (detik ) K1 K2 K3 K4 K5 Kayu Loga m Kayu Loga m Kayu Loga m Kayu Loga m Kayu Loga m 5 50 275 80 0 70 300 75 375 55 100 10 50 825 85 0 100 750 80
450 55 100 15 50 875 85 0 140 750 80 700 60 100 20 50 925 85 0 150 1000 80 1200 60 100 25 70 1125 85 120 170 1400 80 1775 60 400 30 120 1375 85 395 180 1550 80 2100 60 600 35 180 1525 85 1045 190 1800 80 2300 60 1050 40 220 1725
85 1895 205 2050 80 2525 80 1300 45 260 1925 85 2570 215 2200 80 2525 105 1500 50 300 2075 90 2570 230 2250 80 2525 120 1800 55 350 2275 145 2620 235 2300 80 2575 135 2300 60 400 2375 220 2620 250 2350 80 2575 145 2400 65 440 2425 285 2620 250 2400 95 2600 155 2600 70 465 2575 350 2620 255 2450 100 2600 160 2600 75 475 2575 390 2670 255 2450 110 2600 165 2600 80 500 2575 415 2670 260 2500 115 2650 170 2600 85 520 2575 445 2670 265 2525 125 2675 185 2850 90 540 2575 475 2870 275 2500 145 2775 205 2850 95 565 2575 500 2970 290 2575 155 2900 225 2850 100 605 2575 520 3045 290 2600 215 3050 230 2850 105 630 2575 540 3145 290 2600 245 3100 235 3000 110 550
2575 560 3195 295 2650 270 3150 245 3300 115 665 2575 605 3270 2950 310 3225 250 3400 120 680 2675 630 3320 3100 315 3275 250 3600 125 2775 3345 3250 340 3325 255 3650 130 2825 3395 3300 360 3375 260 3700 135 2825 3445 3450 385 3400 260 3800 140 2875 3470 3500 385 3425 265 3800 145 3075 3495 3550 3450 265 3825 150 3225 3520 3600 3575 270 3825 155 3325 3545 3625 3600 275 3830
160 3425
3570 3650 3650 280 3845 165 3475 3595 3675 3650 285 3850 170 3575 3620 3675 3675 285 3850 175 3575 3620 3675 3700 285 3850 180 3650 3645 3800 3700 295 185 3675 3645 3700 305 190 3675 3645 3700 310 195 3700 3645 315 200 3670 205 3670 210 3670 215 3670 220 3670 225 3670 230 3670 235 3670 240
a. KELOMPOK 1 Data pengujian kekuatan tarik bahan kayu dan logam Jenis Pengujian : kayu dan logam Jenis Bahan Spesimen: - kayu : Ki tanah - logam : Besi kolom Dimensi awal spesimen (p x l x t) : - kayu : (40.05 x 1.75 x 1.66) cm - logam : p = 50 cm Da = 0.97 cm Dt = 0.985 cm Db = 0.975 cm Dimensi akhir spesimen (p x l x t) : - kayu : (40.15 x 1.75 x 1.32) cm - logam : p’ = 57.4 cm Da’ = 0.905 cm Dt = 0.885 cm Db = 0.905 cm (logam patah di 33 cm dari atas) Kayu bagian tengah : (p x l x t) = (40.05 x 1.75 x 0.35) cm
(p’ x l’ x t’) = (40.15 x 1.75 x 0.35) cm (kayu patah di 16 cm dari atas) Kondisi ruang pengukuran : Tbb : 28 0C Tbk : 310C b. KELOMPOK 2 Data pengujian kekuatan tarik bahan kayu dan logam Jenis Pengujian : kayu dan logam Jenis Bahan Spesimen: - kayu : Kayu putih wajengan (Malaleuca Cajuputi Powell) - logam : Besi kolom Dimensi awal spesimen (p x l x t) : - kayu : (30.1 x1.91 x 0.33) cm (kayu bagian tengah) - logam : p = 30.05 cm Da = 0.995 cm Dt = 1.065 cm Db = 0.995 cm Kayu bagian atas : (p x l x t) = (30.1 x 1.97 x 1.54) cm (p x l x t) = (40.5 x 1.95 x 1.51)cm Dimensi akhir spesimen (p x l x t) : - kayu : (40.5 x 1.89 x 0 .3) cm (kayu bagian tengah) - logam : p’ = 37.3 cm Da’ = 0.93 cm Dt’ = 0.48 cm Db’ = 0.9 cm Kondisi ruang pengukuran : Tbb : 27.5 0C Tbk : 300C c. KELOMPOK 3 Data pengujian kekuatan tarik bahan kayu dan logam Jenis Pengujian : kayu dan logam Jenis Bahan Spesimen:
- kayu : Tangkalok/ kalimozol (Litsea roxburghii Hassak) - logam : Besi kolom Dimensi awal spesimen (p x l x t) : - kayu : (39.2 x 2 x 0.505) cm - logam : p = 50.2 cm Da = 1 cm Dt = 0.96 cm Db = 0.91 cm Dimensi akhir spesimen (p x l x t) : - kayu : (39.9 x 1.965 x 0.305) cm - logam : p’ = 58 cm Da’ = 0.915cm Dt’ = 0.9 cm Db’ = 0.895 cm Kondisi ruang pengukuran : Tbb : 28 0C Tbk : 310C d. KELOMPOK 4 Data pengujian kekuatan tarik bahan kayu dan logam Jenis Pengujian : kayu dan logam Jenis Bahan Spesimen: - kayu : Kitanah - logam : Besi kolom Dimensi awal spesimen (p x l x t) : - kayu : (30 x1.53 x1.74) cm - logam : p = 30.3 cm Da = 0.97 cm Dt = 0.98 cm Db = 0.985 cm Dimensi akhir spesimen (p x l x t) : - kayu : (30.2 x 1.495 x 1.73) cm - logam : p’ = 37 cm Da’ = 0.9 cm Dt’ = 0.875 cm Db’ = 0.875 cm Dimensi kayu tengah : (p x l x t) = (30 x 0.33 x 1.78) cm (p’ x l’ x t’) = (30.2 x 0.315 x 1.75) cm - Kayu patah pada 14 cm dari atas
- Logam patah diameter 0.69 cm dan panjang 24 cm dari atas. Kondisi ruang pengukuran : Tbb : 28.5 0C Tbk : 300C e. KELOMPOK 5 Data pengujian kekuatan tarik bahan kayu dan logam Jenis Pengujian : kayu dan logam Jenis Bahan Spesimen: - kayu : Tangkalok / kalimozol (Litsea Roxburghhii Hassak) - logam : Besi kolom Dimensi awal spesimen (p x l x t) : - kayu : (29.8x1.925 x1.57) cm dan (29.8 x 1.87 x 0.35) cm - logam : p = 30 cm Da = 0.965 cm Dt = 0.97 cm Db = 0.97 cm Dimensi akhir spesimen (p x l x t) : - kayu : (30.5 x 2.09 x 1 .18) cm dan (30.5 x 2.03 x 0.36) cm - logam : p’ = 36.35 cm Da’ = 0.94 cm Dt’ = 0.84 cm Db’ = 0.87 cm Kondisi ruang pengukuran : Tbb : 28 0C
Tbk : 310C
Perhitungan : KELOMPOK I Jenis specimen : Ki Tanah dan besi kolom Luas Penampang Kayu Bagian Tengah : p x l = 40.05 x 1.75 = 70.0875 cm2 Pmax = 680 kgf σmax = P/A = 680 = 9.7 kgf/cm2 70.0875 Luas Penampang Besi : ¼ π d2 = ¼ (3.14)(8.75)2 = 60.1 cm2 Pmax = 3775 kgf σmax = P/A = 3775 = 62.8 kgf/cm2 60.1 KELOMPOK II Jenis specimen : Kayu Putih Wajengan (Malaleuca Cajuputi Powell dan besi kolom Luas Penampang Kayu Bagian Tengah : p x l = 40.5 x 1.89 = 76.545 cm2 Pmax = 630 kgf σmax = P/A = 630 = 8.23 kgf/cm2 76.545 Luas Penampang Besi : ¼ π d2 = ¼ (3.14)(0.48)2 = 0.18 cm2 Pmax = 3670 kgf σmax = P/A = 3670 = 20388.9 kgf/cm2 0.18 KELOMPOK III Jenis specimen : Tangkalok / Kalimozol dan besi kolom Luas Penampang Kayu Bagian Tengah : p x l = 39.9 x 1.965 = 7.84 cm2 Pmax = 295 kgf σmax = P/A = 295 = 37.6 kgf/cm2 7.84 Luas Penampang Besi : ¼ π d2 = ¼ (3.14)(0.9)2 = 0.64 cm2 Pmax = 3450 kgf σmax = P/A = 3450 = 5390.6 kgf/cm2 0.64 KELOMPOK IV
Jenis specimen : Ki Tanah dan besi kolom Luas Penampang Kayu Bagian Tengah : p x l = 30.2 x 0.315 = 9.513 cm2
Pmax = 385 kgf σmax = P/A = 385 = 40.47 kgf/cm2 9.513 Luas Penampang Besi : ¼ π d2 = ¼ (3.14)(0.875)2 = 0.6 cm2 Pmax = 3700 kgf σmax = P/A = 3700 = 6166.67 kgf/cm2 0.6 KELOMPOK V Jenis specimen : Tangkalok / Kalimozol dan besi kolom Luas Penampang Kayu Bagian Tengah : p x l = 30.5 x 2.03 = 61.915 cm2 Pmax = 315 kgf σmax = P/A = 315 = 5.08 kgf/cm2 61.915 Luas Penampang Besi : ¼ π d2 = ¼ (3.14)(0.84)2 = 0.55 cm2 Pmax = 3850 kgf σmax = P/A = 3850 = 7000 kgf/cm2 0.55 Pembahasan Tujuan dari praktikum ini adalah Menghasilkan sifat kekuatan dan kekakuan untuk populasi yang diwakili oleh bahan yang akan diuji (yaitu s atu kelas, kombinasi dari beberapa kelas, jenis tertentu, kelompok jenis atau contoh uji yang teridentifikasi maupun tidak). Specimen kayu yang diuji kelompok 4 adalah Ki tanah dan specimen logam yang digunakan adalah besi kolom.
Dari hasil praktikum, dapat diketahui beban maksimum untuk setiap specimen berbeda-beda. Pada Kelompok I, beban maksimum untuk kayu Ki Tanah sebesar 680 Kgf, dan untuk besi kolom sebesar 3775 kgf. Pada Kelompok II, diperoleh beban maksimum untuk kayu putih Wajengan sebesar 630 kgf, dan untuk besi kolom beban maksimumnya sebesar 3670 Kgf. Pada kelompok III, tekanan maksimum kayu Tangkalok / Kalimozol sebesar 295 kgf. Pada Kelompok IV, kayu Ki Tanah memiliki tekanan maksimum sebesar 385 kgf dan tekanan maksimum untuk besi kolom sebesar 3700 kgf. Dan Kelompok V, Tangkalok / Kalimozol memiliki beban maksimum sebesar 315 kgf, dan beban maksimum untuk besi kolom 3850 kgf. Dari data di
atas dapat diketahui besi kolom membutuhkan beban yang jauh lebih besar daripada kayu untuk mengalami deformasi. Tegangan tarik ( σ) dari specimen- spesimen tersebut dapat dihitung dengan membagi tekanan maksimum dengan luas penampang. Dari data tekanan maksimum yang diperoleh dari hasil praktikum kemudian dibuat grafik hubungan antara tekanan dengan waktu. Dari grafik tersebut, dapat terlihat bahwa semakin bertambahnya waktu maka tekanannya pun akan bertambah dan pada saat beban maksimum grafik akan stagnan karena sudah tidak ada pertambahan beban. Untuk specimen kayu, tekanan maksimum terbesar terdapat pada Kelompok 1. Sedangkan kelompok 5 membutuhkan waktu paling lama agar kayu mengalalmi deformasi. Untuk besi kolom, tekanan yang paling besar pada Kelompok 5, sedangkan waktu yang paling lama pada kelompok 2. Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan tarik pada kayu, di antaranya factor biologis, waktu penyimpanan, kelelahan, mata kayu, umur kayu, kadar air, suhu, kemiringan serat, dan berat jenis kayu. •
Pengaruh suhu Kebanyakan sifat-sifat kayu berkurang apabila kayu tersebut dipanaskan dan bertambah apabila didinginkan. Selama suhu tidak melebihi 100 0C terdapat sedikit saja kehilangan kekuatan permanent . umumnya semakin tinggi kandungan air kayu semakin tinggi kepekaan terhadap suhu tinggi. Hal ini harus dipertimbangkan apabila suhu dapur yang terlalu tinggi digunakan untuk mengeringkan suhu-suhu bangunan yang kritis •
Pengaruh mata kayu Mata kayu adalah cacat yang paling umum mengurangi kekuatan kayu gergajian. Pengaruh suatu mata kayu dalam banyak hal mungkin dianggap sama dengan p engaruh suatu lubang. •
Pengaruh kadar air Saat kayu mengering dibawah titik jenuh serat, sebagian besar kekuatan dan sifat-sifat elastic bertambah. Inik mungkin diharapkan akan terjadi saat air dikeluarkan dari dinding sel, molekul-molekul berantai panjang bergerak saling mendekati dan menjadi terikat lebih kuat. Untuk kelas kekuatan kayu, dapat dicari dengan membandingkan tegangan kayu yang diperoleh dari perhitungan dengan keteguhan tekan mutlak untuk masingmasing kelas. Untuk kayu kelas I Ktm = 650 kg/cm2; kelas II = 425 - < 650 kg/cm 2;
