MODULUS PATAH DAN KUAT DESAK BAHAN PADAT i.
TUJUAN PERCOBAAN Percobaan ini bertujuan untuk: 1. Mengukur modulus patah dari suatu bahan padat 2. Mengukur kuat desak dari suatu bahan padat 3. Mengetahui modulus patah dan kuat desak bahan padat dengan berbagai komposisi pasir dan semen.
II.
DASAR TEORI
Material bahan padat sangat penting peranannya dalam kegiatan manusia, termasuk di antaranya dalam industri kimia. Dalam memilih bahan padat, ada beberap parameter yang harus dipertimbangkan seperti ketahanan terhadap gaya mekanik, ketahanan terhadap suhu dan ketahanan terhadap bahan kimia. Ketahanan terhadap gaya mekanik meliputi kuat tarik, kuat desak, modulus patah, momen punter 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 sebenarnya merupakan nilai tegangan lengkung (бb) maksimum yang dapat diterima suatu benda agar tidak patah.
Beban penyeimbang 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 penyeimbang berfungsi untuk melawan torsi yang ditimbulkan oleh gaya berat tuas. Persamaan (2) di atas hanya berlaku jika kita mengambil asumsi: 1. W adalah pembebanan kontinyu, bukan pembebanan kejut. 2. Permukaan benda uji halus dan rata. 3. Posisi pisau pematah tepat berada di antara kedua penumpu. 4. Titik berat sampel berada tepat di antara kedua penumpu. 5. Gaya berat sampel diabaikan. 6. Penyeimbangan berlangsung dengan baik. 7. Pengukuran jarak dan penimbangan tepat. Prinsip kerja alat modulus patah adalah pemberian tekanan atau gaya terhadap benda uji atau sampel dengan cara memberikan beban sedikit demi sedikit secara kontinyu hingga sampel patah. Mula – mula dalam keadaan seimbang, kemudian dengan adanya penambahan pasir, sampel mulai mendapatkan tekanan yang diakibatkan oleh adanya tambahan gaya berat pasir sampai akhirnya sampel patah. Beban yang digunakan dalam percobaan ini adalah pasir. Alasan digunakannya pasir sebagai beban adalah: 1. Massa pasir relatif kecil, sehingga terhindar dari kemungkinan terjadinya beban kejut. 2. Kesalahan relatif kecil, karena sampel patah tepat pada saatnya dengan penambahan beban yang tepat. 3. Pasir mudah didapat. Alasan pasir ditambahkan secara perlahan – lahan dan kontiyu adalah agar tidak terjadi beban kejut atau beban secara mendadak dan tiba-tiba. Sehingga sampel patah benar-benar disebabkan oleh berat beban yang diberikan. Selain itu, penambahan yang perlahan, tidak banyak dan cepat, karena momentum yang dimiliki beban akan memilih tekanan pada sampel yang lebih besar sehingga menimbulkan kesalahan. Beban kejut adalah beban (gaya) yang dialami oleh suatu benda akibat gaya (beban) yang dilakukan benda lain dalam jumlah cukup besar terhadap benda tersebut secara tiba-tiba. Keseimbangan dalam percobaan ini adalah pada sistem tidak ada gaya yang bekerja (∑F= 0). Pada keadaan seimbang, pisau pematah hanya menyentuh sampel saja. Pada saat awal percobaan modulus patah (sebelum sampel dipatahkan), sampel tidak boleh terkena pisau pematah karena jika pada awal percobaan sudah terkena pisau pematah maka aka nada tekanan awal yang yang mengenai sampel sehingga modulus patahnya akan lebih
kecil dari sebenarnya. Hal ini menyebabkan data yang diperoleh tidak akurat. Beban penyeimbang diberikan sebelum percobaan dilakukan dengan tujuan untuk menyeimbangkan posisi tuas. Tanpa beban penyeimbang, posisi tuas tidak seimbang karena posisi engsel tidak berimpit dengan titik beban tuas, akibatnya pada keadaan awal, nilai F tidak nol. Dengan kata lain, beban penyeimbang berfungsi untuk melawan torsi yang ditimbulkan oleh gaya berat tuas. Faktor-faktor yang mempengaruhi modulus patah suatu bahan adalah: 1. Komposisi kimia dan mineral bahan. 2. Sifat-sifat bahan, termasuk dimensi sampel. 3. Cara pembuatan bahan. 4. Kondisi pengeringan. 5. Kondisi pembakaran. 6. Suhu saat benda digunakan. 7. Syarat-syarat lain pada perlakuan terhadap beban, seperti pengaruh cuaca, perubahan suhu yang tiba-tiba., pemanasan yang lama, dan lainlain. Kegunaan mengetahui modulus patah suatu beban adalah untuk menentukan spesifikasi suatu bahan padat untuk konstruksi bangunan agar tidak patah bila menerima tekanan tertentu. Pada percobaan modulus patah, distribusi gaya hanya di tengah sampel ( di satu titik), yaitu bagian yang terkena pisau pematah, sehingga beban yang diperlukan lebih sedikit daripada percobaan kuat desak yang menerima gaya secara merata di seluruh permukaan sampel, sehingga membutukan beban yang lebih besar untuk meretakkan sampel. B. Percobaan Kuat Desak Kuat desak adalah besaran yang menyatakan nilai gaya desak per satuan luas atau tegangan desak (бc) maksimum yang dapat diterima suatu benda agar tidak retak.
N adalah gaya normal yang dikeluarkan permukaan penahan benda atau sampel. Jika N tidak ada, benda tidak akan mengalami pendesakan tapi justru bergerak ke bawah. бc =
(4)
Persamaan (4) di atas berlaku jika kita mengambil asumsi: 1. 2. 3. 4. 5.
W adalah pembebanan kontinyu, bukan pembebanan kejut. Sampel berbentuk prisma (luas penampangnya homogen). Permukaan sampel halus dan rata. Penyeimbangan berlangsung dengan baik, Pengukuran jarak dan penimbangan tepat. Prinsip kerja alat uji kuat desak dengan alat pendesak tuas adalah mula-mula keadaan seimbang, kemudian suatu saat paket beban ditambahkan ke ember beban sehingga sampel mendapatkan tekanan dari plat penekan atas. Botol beban terus ditambahkan sampai suatu saat sampel retak. Dalam percobaan ini digunakan paket-paket beban, bukan pasir, agar dapat menghemat waktu, karena distribusi gaya merata pada seluruh permukaan atas dan bawah sampel sehingga untuk membuat retakan pada sampel diperlukan beban yang jauh lebih besar daripada modulus patah. Pemberian beban harus kontinyu dan konstan sehingga tidak terjadi beban kejut atau tekanan cukup besar, sehingga pada saat sampel retak, hasil yang didapatkan mendekati hasil dengan persamaan. Kelebihan menggunakan paket beban daripada pasir antara lain: 1. Lebih produktif dan efektif. 2. Dapat menghemat waktu percobaan. 3. Lebih mudah dalam menghitung jumlah bahan yang digunakan. Kekurangan menggunakan paket beban daripada pasir antara lain: 1. Kemungkinan terjadinya beban kejut lebih besar sehingga kuat desak yang terukur bisa jadi lebih kecil daripada kuat desak sebenarnya. 2. Berat paket telah dibuat tertentu sehingga ada kemungkinan penambahan suatu paket beban akan melebihi kuat desaknya. Kegunaan mengetahui besarnya kuat desak suatu bahan antara lain: 1. Memperkirakan waktu daya bahan-bahan. 2. Mengetahui besarnya beban yang masih diijinkan. 3. Mengetahui mutu dan kelayakan bahan. 4. Memperkirakan campuran dari komponen-komponen penyusun bahan padat yang baik untuk konstruksi bangunan agar tidak mengalami keretakan. Manfaat mengetahui modulus patah dan kuat desak dalam dunia industry dan kehidupan sehari-hari antara lain:
1. Mengukur kekuatan dan bahan-bahan bangunan (bata,beton, dan lainlain) agar dapat diketahui kelayakannya untuk digunakan dalam membuat suatu bangunan. 2. Menguji kelayakan benda-benda keramik (beton) sebelum digunakan dalam proses pendirian suatu bangunan. 3. Menentukan jumlah perbandingan antara semen dan pasir sebagai unsur penyusun beton agar beban yang dihasilkan kuat, tahan lama, tahan pecah, dan layak digunakan. 4. Menentukan kekuatan konstruksi dan kekuatan fondasi suatu bangunan. 5. Menganalisis tegangan pada sistem pemipaan. Beberapa alasan dipakainya beton dalam percobaan modulus patah dan kuat desak antara lain: 1. Beton mudah didapatkan. 2. Komposisi unsure – unsure penyusunnya (semen dan pasir) dapat divariasikan untuk kepentingan percobaan. 3. Variabel-variabel yang terdapat dalam beton (penyusun beton) tidak perlu banyak, cukup semen dan pasir, tidak seperti besi atau keramik yang mempunyai lebih banyak penyusun. 4. Beton stabil terhadap lingkungan (suhu tidak berpengaruh banyak). Beton sendiri adalah salah satu benda keramik yang memunyai ikatan ionik dan kovalen yang memiliki komposisi pasir dan semen, bersifat isolator dan tidak dapat diubah bentuknya (getas). Sifat-sifat fisis yang dimiliki beton antara lain: 1. Sukar slip, sehingga beton bersifat getas. 2. Kuat tariknya seharusnya tinggi, tetapi karena beberapa sebab terjadi konsentrasi tegangan (pori-pori dan sebagainya). 3. Tidak dapat diubah bentuknya. 4. Memiliki banyak pori. 5. Memiliki kemampuan untuk menyerap air. 6. Kuat dan kokoh. Sifat-sifat kimia dari beton antara lain: 1. Stabil terhadap lingkungan. 2. Tahan terhadap perubahan kimia. 3. Penghantaran listrik rendah. 4. Tidak korosif. 5. Stabil terhadap perubahan suhu, sehingga memiliki tingkat pemuaian dan penyusutan yang kecil. 6. Mengandung beberapa zat organik non-metalik dan elemen metalik. Bahan – bahan penyusun semen antara lain: 1. Batu kapur Batu kapur merupakan komponen yang mengandung CaCO 3 dengan sedikit tanah liat, magnesium karbonat, alumina silikat dan senyawa oksida lainnya.
2. Tanah liat Komponen pembentuk utama tanah liat adalah senyawa alumina silikat hidrat. 3. Pasir besi dan silikat Digunakan sebagai pelengkap komponen kimia esensial yang diperlukan untuk pembuatan semen, Pasir besi berfungsi sebagai retarder/ memperlambat proses pengerasan dari semen, sedangkan pasir silika digunakan untuk menaikkan kadar SiO 2. Pasir digunakan dalam campuran karena pasir berfungsi sebagai agregat, yang mana pasir akan memberikan pori-pori pada beton. Bila digunakan semen seluruhnya maka beton akan semakin kuat namun juga getas sehingga justru akan lebih mudah untuk patah. Untuk itu digunakan pasir supaya kekuatannya berimbang (tidak terlalu getas). Faktor- faktor yang mempengaruhi kekuatan beton, antara lain: 1. Bentuk agregat Pada beban, yang berfungsi sebagai agregat adalah pasir. Semakin hiomogen bentuk agregat, semakin besar kekuatan bahan. 2. Porositas Porositas adalah perbandingan volume pori-pori sampel terhadap volume total sampel. Semakin besar porositas, semakin kecil kekuatan bahan. 3. Bulk density Bulk density adalah massa benda per volume total, termasuk pori-pori dan ruang yang ditempati. Semakin besar bulk density, semakin besar kekuatan bahan. 4. Ukuran agregat Semakin besar ukuran agregat, semakin kecil kekuatan bahan. Ada pula ukuran optimal agregat agar kekuatan bahan maksimum, 5. Komposisi penyusun beton - Semakin besar(tinggi) kadar semen, bahkan akan semakin keras (kuat) tetapi juga akan semakin getas. - Faktor air semen, merupakan perbandingan antara berat air dan berat semen dalam campuran adukan beton. Pada dasarnya, semen membutuhkan air sekitar 30% berat semen untuk bereaksi sempurna. Apabila berat air kurang dari 30% berat semen, reaksi tersebut tidak dapat berlangsung sempurna. Hal ini mengakibatkan adukan beton sulit dipadatkan. Kurang sempurnanya reaksi maupun kurang rapatnya adukan beton ini mengakibatkan beton yang terbentuk lemah dan berongga sehingga kekuatan beton berkurang. 6. Umur beton Kekuatan beton bertambah besar dengan bertambahnya umur beton. 7. Homogenitas bahan Sremakin baik system pengadukan, maka semakin baik pula homogenitasnya, sehingga sampel (beton) menjadi baik.
8. Sistem pengeringan Dalam system pengeringan yang baik akan dihasilkan beton dengan kadar air lebih rendah dan kekuatan lebih baik daripada sampel basah. Macam cara uji bahan padat selain yang sudah dilakukan dalam percobaan ini (pengujian modulus patah dan kuat desak) antara lain: 1. Thermal stress Thermal stress adalah tegangan yang dialami bahan padat ketika dikenai panas. 2. Kuat tarik б=ε.E 2 б= tegangan tarik (kg/cm ) ε= regangan (∆L/L) 2 E= Modulus Young (kg/cm ) Sampel dengan penampang bulat atau persegi ditarik untuk memperoleh sifat mekanismenya antara lain tegangan proporsional, tegangan elastik, tegangan tarik, tegangan patah. III. METODOLOGI PERCOBAAN A. Alat 1. Alat uji modulus patah 2. Alat uji kuat desak tuas 3. Penggaris 100 cm 4. Jangka sorong 5. Timbangan kasar 6. Ember plastik 7. Kaca pembesar/lup 8. Wadah pengambil pasir 9. Baskom plastic B. Bahan 1. Sampel A (semen:pasir=1:3) 2. Sampel B (semen:pasir=1:5) 3. Sampel C (semen:pasir=1:7) 4. Sampel D (semen:pasir=1:9) 5. Sampel E (semen:pasir=1:10) 6. Sampel F (semen:pasir=1:12) 7. Sampel G (semen:pasir=1:14) 8. Sampel H (semen:pasir=1:16) 9. Botol beban 10. Pasir 11. Batu pemberat C. Rangkaian Alat
1 set 1 set 1 buah 1 buah 1 buah 4 buah 1 buah 1 buah 1 buah
D. Identifikasi Hazard Proses dan Bahan Kimia
1. Hati-hati saat menggunakan alat kuat desak dan modulus patah, jika tidak hati-hati bisa terhimpit. 2. Hati-hati saat mengangkat paket beban jika tidak hati-hati bisa menjatuhi tangan dan kaki. 3. Basahi pasir apabila banyak debu agar debunya tidak bertebangan dan masuk ke mata atau hidung. 4. Jika debu atau pecahan masuk mata, segera bersihkan dengan air. 5. Jika dada sesak karena menghirup debu, segera keluar mencari udara bersih. E. Penggunaan Alat Perlindungan Diri - Masker : untuk menghindari debu masuk ke saluran pernafasan. - Sarung tangan : agar tangan tidak kotor - Jas lab : menghindari debu menempel di baju. - Sepatu tertutup : untuk melindungi kaki dari tumpahan pasir. F. Manajemen Limbah Pecahan / padatan beton hasil praktikum dibersihkan dan dibuang ke tempat yang telah disediakan.
