Download volume-72-artikel-1.pdf - Majalah Ilmiah Unikom

Majalah Ilmiah UNIKOM Vol.7, No. 2Y. Djoko Setiyartokan error. Namun untuk regangan yangquadratik, cubic atau quartic, pengukuranini akan menghasilkan error, yang besarnyabergantung pada panjang alat ukuryag digunakan dan kondisi medan regangan.Untuk meminimumkan error ini, pengukuransebaiknya dilakukan dengan panjangalat yang seminimum mungkin.Berdasarkan hal tersebut maka suatualat ukur regangan harus memiliki karakteristikdasar sebagai berikut; memilikipanjang dan lebar alat ukur yang tidakterlalu besar, memiliki sensitivitas ataunilai regangan terkecil yang dapat dibacapada skala di mana sensitivitas dapatditingkatkan dengan menerapkan faktorpembesaran, memiliki rentang pembacaanyang nilai terbesar dapat dibaca,memiliki akurasi hasil bacaan. Salah satualat ukur regangan yang memenuhi karakterisitikdasar tersebut adalah straingauge atau Electrical Resistance StrainGauges (ERSG).ERSG merupakan salah satu systemukur regangan yang memperlihatkan sifatsifatalat ukur regangan yang optimumdan paling banyak/sering digunakandalam pekerjaan analisis tegangan. ERSGjuga banyak dimanfaatkan sebagai sensorpada berbagai transducer untuk pengukuranbeban, torsi, tekanan dan percepatan.Prinsip kerja ERSG ditemukan olehLord Kelvin (1856), yaitu: “perubahantahanan pada suatu material (baja/copper) dapat terjadi akibat perubahanreganganpada material tersebut”. Tigadasar pengukuran regangan dengan ERSGantara lain: perubahan tahanan kawat sebagaifungsi perubahan regangan material yang berbeda mempunyaisensitivitas perubahan tahanan yangberbeda Jembatan wheatstone merupakanrangkaian yang dapat digunakan untukmengukur perubahan tahanan yangterjadi secara akurat.Berdasarkan ukuran, strain gage terbagiatas strain gage ukuran pendek(ukuran terpendek = 0,2 mm) dan straingage ukuran panjang (ukuran terpanjang =102 mm).ERSG yang ada pada saat ini biasanyaterdiri atas suatu foil tipis (setebal 0,02mm) yang direkatkan pada suatu backingmaterial yang terkadang terbuat dari polyamida.Melalui backing material inilahbiasanya ERSG direkatkan pada permukaanbenda uji. ERSG mengukur perubahanpanjang terhadap panjang gage danmengkonversinya menjadi regangan.Gambar 1. Bagian Strain GaugeDalam eksperimental, regangan biasanyaditentukan dengan mengukur secaraakurat perubahan tahanan dan kemudianmembagi perubahan tahanan tersebutdengan faktor gauge-nya, F :(1)Untuk mendefinisikan kondisi reganganbidang, perlu diketahui komponenkomponenregangan εx, εy dan γ. Regangangeser γxy tidak dapat diukur langsung,namun dapat diperoleh dengan pengukuranregangan normal di tiga arah yangberbeda pada lokasi yang sama. Sepertidiketahui dari teori elastisitas untukkondisi regangan bidang berlaku:(2)Berdasarkan persamaan transformasiregangan (Dally 1991), besarnya reganganH a l a m a n150

Majalah Ilmiah UNIKOM Vol.7, No. 2geser dari data regangan strain gaugedihitung dengan persamaan:x'y' 2( yy2 2).sin.cos (cos sin )xx(3)Dimana εxx dan εyy merupakan regangandari data terukur strain gage, sedangkanγxy = 0 karena asumsi regangan straingage merupakan regangan pada arahutama. Jika diasumsikan pemasangan tiapstrain gage tepat membentuk sudut 45 0terhadap garis horisontal (θ = 45 0 ), makapersamaan 3 disederhanakan akan menjadi:00x' y' 2( yy xx).sin(45 ).cos(45 ) 0x'y' yy xx(4)Persamaan ini akan digunakan untukmenghitung besarnya regangan geserdalam pengolahan rekaman data outputdari data logger.Gambar 2. Strain Gauge dalam kemasanbeserta bungkusnyaStrain gauge (Elecrical ResistanceStrain Gauges) yang digunakan adalahstrain gauge (SG) produksi Tokyo SokkiKenkyujo, jenis FLA-6-11 yang berukuranpanjang kurang lebih 2 cm. Dalam bungkusnya,tertera nilai gauge factor yangdimiliki SG tersebut adalah 2,1. SGdigunakan untuk mengukur besarnyaregangan yang terjadi, dan sifat penggunaannyaumumnya adalah sekali pakai.3. TEST SETUP DAN INSTRUMENTASISistem pengujian baja WF yang dilakukanxydi laboratorium adalah dengan memberibeban terpusat di sekitar tengah bentangbalok baja, kemudian pada daerah uji(test region) dipelajari perilaku balok bajasaat menerima beban terpusat tersebut.Baja Wide Flange yang digunakan berukuran150 x 75 x 5 x 7 dengan mutu BJ37. Baja tersebut digunakan sebagaibenda uji, yang akan dipelajari perilakunyasaat mulai menerima beban hingga sebelummencapai kondisi leleh. Panjang bajaadalah ± 3,7 m, sehingga cukup diletakkanpada tumpuan yang telah tersediapada alat uji.Pada Gambar 3 terlihat sistem pengujiansecara keseluruhan. Balok baja bertumpupada dudukan UTM di sekitar tengahbentang. Sedangkan di sekitar keduaujung balok baja di tahan oleh tumpuanyang berfungsi menahan gaya angkat keatas akibat beban yang diberikan olehUTM. Pada daerah uji, dipasang instrumentasistrain gauge yang bertujuan untukmengamati perilaku regangan lenturdan regangan geser. Strain gauge ini terhubungmelalui kabel ke data logger, sehinggabesarnya regangan yang terjadiakan terekam di notebook. Sedangkanbesar kecilnya beban dan lendutan yangterjadi pada UTM akan terekam pada PC.Salah satu tujuan percobaan ini adalahmempelajari regangan lentur dan regangangeser pada balok baja, maka pemasanganinstrumentasi strain gauge dilakukanseperti Gambar 4. Untuk mengamatiperilaku lentur, sebanyak 2 buah straingauge dipasang memanjang pada flangeatas (diberi kode A1 dan A2), dan sebanyak2 buah strain gauge dipasang memanjangpada flange bawah (diberi kode B1 danB2). Sedangkan untuk mengamati perilakugeser, 2 buah strain gauge yang salingmembentuk siku 90 0 , dipasang di sisi kiridan kanan web (diberi kode C1, C2, D1, danD2) dengan posisi seperti belah ketupat,dengan maksud salah satu strain gaugeakan membentuk sudut 45 0 terhadapsumbu netral balok baja WF.H a l a m a n151

Majalah Ilmiah UNIKOM Vol.7, No. 2Y. Djoko Setiyartotest regionSatuan dalam mmD D B B D D B B D DWF 150.75.5.7800D = Disturbed zoneP B = Bernouli zone235 16101630240beban UTM diaplikasikan, benda uji akanmelentur ke atas. Dengan demikian seratatas akan mengalami regangan tarik/pemanjangan (A1 dan A2 harus bernilaipositif) dan serat bawah akan mengalamiregangan tekan/pemendekan (B1 dan B2harus bernilai negatif).Sedangkan strain gauge C1, C2, D1, danD2 diharapkan dapat mengukur reganganutama, yang nantinya digunakan untukmenentukan regangan geser. Maka ketikabeban UTM diaplikasikan, akan terbentuktegangan seperti pada Gambar 5. Di manaC1 & D1 akan mengalami regangan tarikakibat tegangan utama σ1 sehingga harusbernilai positif, dan C2 dan D2 akan mengalamiregangan tekan akibat teganganutama σ2 sehingga harus bernilai negatif.Gambar 3.Setup Pengujian WF 150.75.5.7Karena nilai hambatan strain gauge(SG) setelah disambung dengan kabelberubah sekitar 0.9 ohm, maka perlu dilakukankoreksi faktor gauge (GF) sebagaiberikut:Nilai hambatan SG tanpa kabel: R =120 WNilai gauge factor: K = 2.1Nilai hambatan SG + kabel: R` = 120.9WNilai koreksi GF (AVOmeter): K0 =2.0844Angka yang dimasukkan dalam data logger:2.00 0.959524K0Untuk memastikan pemasanganstrain gauge telah benar, maka perludiprediksi apakah strain gauge mengalamipemendekan atau pemanjangan. Straingauge A1, A2, B1, dan B2 diharapkan dapatmengukur regangan lentur. Maka ketikaStrain Gauge ATampakSampingStrainGauge CStrain Gauge BTampak AtasC1C245 045 0Strain Gauge APotonganPenampangStrainGaugeDStrainGaugeCStrain Gauge BGambar 4. Instrumentasi Strain GaugeH a l a m a n152

Majalah Ilmiah UNIKOM Vol.7, No. 24. PRE-ANALISIS TEORITIS NILAISTRAIN GAUGEPre-analisis bertujuan untuk memprediksihasil output percobaan sebelumpembebanan diaplikasikan pada bendauji. Sehingga apabila diperoleh hasil outputpercobaan yang berbeda jauh denganpre analisis maka kesalahan tersebutperlu dikoreksi.Pre-analisis yang dilakukan meliputiprediksi beban maksimum dan lendutan,serta prediksi regangan yang terjadi padastrain gauge. Tabel 1 dan 2 berikut merupakanpre-analisis yang dilakukan terhadappengujian WF 150x75x5x7.Gambar 5. Prediksi awal regangan SGTumpuanUTMs 11 2ArahPrediksi ReganganUtama & Prediksi ReganganC 1, D 1Lentur top & bottomt yxA 1, A 2Arah s 2t xy bot top= -= +Reaksi t xy BebanTumpuan C 2, D 2UTMt yxs 2 2 = -s 1 1 = +B 1, B 2Tabel 1.Prediksi Teoritis Lendutan dan ReganganBeban Lendutan Regangan(kgf) (mm) Lentur850 4.434 0.0001891200 6.265 0.000267Tabel 2. Prediksi Teoritis Regangan GeserBeban Regangan(kgf) Geser600 0.000057850 0.000267Lendutan teoritis tersebut dihitungdengan metoda Unit Load (Persamaan 5)yang mengasumsikan bahwa lendutanterjadi pada daerah uji diakibatkan olehadanya beban seperti yang tercantumdalam Tabel 1.bM.m EIaxdx(5)Regangan lentur teoritis dihitung denganmenentukan terlebih dahulu momen lentur(M) akibat beban terpusat. Kemudiandengan mengalikan lengan momen danmembaginya dengan momen inersia akandiperoleh tegangan lentur. Regangan lenturdihasilkan dengan menggunakan persamaanelastisitas atau Hukum Hooke.Sedangkan regangan geser teoritisdiperoleh dengan menentukan terlebihdahulu gaya geser. Perkalian gaya geserdengan statis momen dan membagikandengan perkalian momen inersia dan tebalweb baja akan diperoleh besarnyategangan geser. Regangan geser diperolehdengan cara membagi tegangan geserdengan modulus geser.5. HASIL PENGUJIAN REGANGAN LEN-TUR DENGAN STRAIN GAUGEBerikut ini merupakan pembahasan hasilpengujian regangan lentur yang dilakukandengan menggunakan 2 jenis pembebananyang berbeda, yaitu Pmax = 850 kgfdan 1200 kgf, dengan harapan dapatmempelajari perilaku regangan lentur bajaketika beban diaplikasikan. Kedua jenispembebanan tersebut masih beradadalam kondisi elastis (nondestruktif).Karena berdasarkan analisis kuat lenturnominal (sesuai metode LRFD 2005), balokWF model uji tersebut mampu menerimabeban terpusat maksimal 1710.469kgf, sehingga kedua jenis pembebananterpusat dianggap masih di bawah bataselastis. Beban yang diaplikasikan olehmesin uji UTM setiap kelipatan 3 detikbertambah hingga mencapai target Pmaxyang diinginkan.H a l a m a n153

Beban, P (kg)Beban, P (kg)Majalah Ilmiah UNIKOM Vol.7, No. 2Y. Djoko SetiyartoDari hasil pengujian saat Pmax = 850kgf dan 1200 kgf menunjukkan bahwanilai regangan strain gauge pada A1, A2,B1, dan B2 sudah sesuai dengan preanalisis,di mana serat atas mengalamitarik (positif) dan serat bawah mengalamitekan (negatif). Namun ada kemungkinanterjadi kesalahan pemasangan straingauge karena nilai regangan serat atasdan serat bawah meskipun beda tanda(positif/negatif) seharusnya tetap memilikiharga mutlak yang sama, karena sumbugaris netral berada di tengah-tengahpenampang. Untuk pembebanan awal,perbedaan nilai harga mutlak tidak terlihat,tetapi ketika mencapai beban maksimumterlihat perbedaan yang cukup signifikan.Jika dibandingkan dengan preanalisis,untuk P = 852 kgf diperoleh perbedaannilai regangan serat atas dan peralihansebesar 4.5% (0.0001975) dan7.1% (4.76 mm), dan untuk P = 1200 kgfdiperoleh perbedaan nilai regangan seratatas dan peralihan sebesar 3.44%(0.0002735) dan 7.26% (6.72 mm).Perbedaan hasil pengujian dan preanalisisdipandang tidak berbeda jauhkarena perbedaan nilainya kecil (

Beban, P (kg)Beban, P (kg)Beban, P (kg)Beban, P (kg)Majalah Ilmiah UNIKOM Vol.7, No. 2tidak membentuk sudut 45 0 . Besarnyanilai regangan geser dihitung dengan Persamaan(4) yang hasilnya dapat dilihatpada Gambar 8. Terlihat bahwa hubunganP-ε mendekati linier, meskipun terdapatsedikit lengkungan kurva.Jika dibandingkan dengan preanalisis,untuk P = 600 kgf & P = 850 kgfdiperoleh perbedaan nilai regangan geseryang terbaca pada SG sebesar 14.04%(0.000065) & 6.1% (0.000065). Pengujiangeser dipandang cukup akurat,meskipun memiliki perbedaan lebih besardari 10%, yang diakibat pemasangan SGyang tidak akurat..1400.01200.01000.0800.0600.0400.0200.0Grafik Hubungan Beban vs Peralihan Lentur(P max = 1200 kg)0.00 1 2 3 4 5 6 7Peralihan, (mm)Grafik Hubungan Beban vs Regangan Lentur(P max = 1200 kg)14001000900800700600500400300200100010009008007006005004003002001000Grafik Hubungan Beban vs Regangan Geser(Pmax = 600 kg)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Regangan Geser, xy ( x 10 -6 )Gambar 8.Hubungan P - ε untuk Pengujian Geseruntuk P = 600 kgf dan P = 850 kgfCDRata-rataGrafik Hubungan Beban vs Regangan Geser(Pmax = 850 kg)CDrata-rata0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Regangan Geser, xy ( x 10 -6 )12001000800600Serat Tertekan400200Serat Tertarik0-300 -200 -100 0 100 200 300Regangan, ( x 10 -6 )Gambar 7.Hubungan P - D dan P - ε untuk PengujianLentur untuk P = 1200 kgfH a l a m a n155

Majalah Ilmiah UNIKOM Vol.7, No. 2Y. Djoko SetiyartoGambar 9.Data logger, berfungsi untuk mengkonversisinyal-sinyal resistensi dari strain gaugemenjadi nilai regangan yang tercatat secaraotomatis dengan komputer. Jenis data loggeryang digunakan DC104R buatan JepangKesimpulan yang diperoleh dari hasileksperimental:1. Penggunaan strain gauge sebagai alatukur regangan secara umum dipandangakurat dan lebih teliti pembacaanhasil ukurannya.2. Data hasil pengukuran peralihan(lendutan) diperoleh hasil yang cukupakurat karena memiliki perbedaan denganhasil pre-analisis yang sedikit yaitu7% – 8% untuk kedua kasus pembebanan.3. Data hasil pengukuran regangan lentur(regangan serat atas) diperoleh hasilyang cukup akurat karena memilikiperbedaan dengan nilai regangan hasilpre-analisis yang sedikit, yaitu berkisarantara 3.4 – 4.5 % untuk beban maksimumP = 800 kgf dan P = 1200 kgf.4. Data hasil pengukuran reganganutama kurang akurat karena memilikiperbedaan dengan hasil pre-analisisyang cukup banyak, yaitu berkisar 6 –28% untuk beban maksimum P = 600kgf dan P = 850 kgf.5. Kurang tepatnya dan kurang akuratnyadari hasil pengukuran tersebut kemungkinandisebabkan oleh pemasanganstrain gauge yang saat pelaksanaaneksperimental tidak tepatposisinya sesuai rencana, terutamapemasangan strain gauge untuk mengukurregangan utama.6. Pengaruh besaran material benda ujiseperti modulus elastisitas, bentuk danukuran penampang baja WF yang belumtentu prismatis di sepanjang bentangturut mempengaruhi ketidaksesuaianhasil pengukuran dengan preanalisis.DAFTAR PUSTAKAGambar 10.Akurasi Pemasangan Strain Gauge MempengaruhiHasil Pengukuran Regangan7. KESIMPULANDally, James W. and Riley, William F.(1991). Experimental Stress Analysis.3 rd Edition. Singapore: McGraw-Hill.Harris, Harry G and Sabnis, Gajanan M.(1999). Structural Modeling. London:Pentech Press.Imran, Iswandi. (2007). Catatan KuliahAnalisis Tegangan Eksperimental .Bandung : Pascasarjana UNPAR.H a l a m a n156