Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengamati karakteristik serat tunggal TKKS berdasarkan hasil pengujian tarik. Karakteristik serat tunggal TKKS
yang telah dipublikasikan ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Karakteristik Serat Tunggal TKKS Kekuatan tarik
MPa Modulus
elastisitas GPa Regangan total
Referensi 156,3
11,88 -
Gunawan, et al 2009 71
1,7 11
Zuhri, et al 2009 100 s.d. 400
1,0 s.d. 9 8 s.d. 18
Sreekala, et al 2001
2.3 Respon Mekanik akibat Beban Tekan Statik
Respon didefinisikan sebagai reaksi yang muncul akibat terjadinya gangguan. Sebagai contoh, gangguan diberikan terhadap suatu material yang dapat
mengakibatkan respon secara mekanik adalah gaya. Beberapa respon yang diakibatkan oleh gaya adalah tegangan, retak, patah, dan lain-lain. Berdasarkan hasil
respon mekanik akan diperoleh informasi mengenai karakteristik suatu material. Penyelidikan respon dinamik suatu material atau struktur merupakan
rangkaian kegiatan dalam mempelajari perubahan bentuk atau kerusakan akibat pembebanan tertentu. Kegiatan tersebut merupakan tindakan dasar untuk
menanggulangi terjadinya kegagalan material dalam aplikasi teknik. Salah satu kegiatan yang paling dasar adalah melakukan pengujian dengan pembebanan tertentu
terhadap sejumlah sampel. Setelah respon material secara kuantitatif diperoleh dari
Universitas Sumatera Utara
hasil pengujian atau data yang tersedia, maka kesempatan untuk berhasil dalam mendesain suatu struktur tertentu dapat dievaluasi Syam, et al, 1999.
2.3.1 Beban tekan statik aksial Respon mekanik yang terjadi terhadap polymeric foam dapat dilihat melalui
kurva tegangan-regangan. Kurva tersebut memberikan informasi yang khas untuk setiap jenis pembebanan. Untuk beban tekan statik aksial, tipikal kurva tegangan-
regangan ditunjukkan seperti Gbr. 2.4. Menurut Gibson dan Ashby 1999, di sepanjang garis kurva terdapat tiga tingkat respon, yaitu: perilaku elastis elastisitas
linier, plastisitas plateau, dan densification yang ditandai dengan peningkatan tegangan yang sangat cepat.
Gambar 2.4 Tipikal Kurva Respon Tegangan-Regangan terhadap Material Foam akibat Beban Tekan Statik Aksial
Regangan, Elastisitas
linier Plateau
Densification T
ega nga
n, σ
Universitas Sumatera Utara
Nilai modulus elastisitas polymeric foam dapat diketahui melalui slope garis elastisitas linier. Secara matematis, nilai modulus elastisitas akibat beban tekan statik
dapat diketahui melalui Pers. 2.1 hukum Hooke. ε
σ =
E 2.1
dimana E adalah modulus elastisitas, σ adalah tegangan normal, dan adalah
regangan. Tegangan normal akibat beban aksial tekan dapat ditentukan berdasarkan Pers. 2.2.
A F
=
σ 2.2
dimana F adalah beban, A adalah luas penampang yang dikenai beban. Secara skematik, beban tekan statik yang diberikan terhadap material ditunjukkan pada Gbr.
2.5.
Gambar 2.5 Diagram Uji Tekan Statik
Kekakuan material dapat ditentukan berdasarkan Pers. 2.3. F
k = =
l AE
2.3 F
F l
Universitas Sumatera Utara
Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan Pers. 2.4.
l δ
ε = 2.4
dimana adalah defleksi,
l
adalah panjang mula-mula. Pers. 2.2 dan 2.4 disubstitusikan ke Pers. 2.1 menjadi:
δ ⋅
⋅ =
A F
E l
sehingga
E A
F ⋅
⋅ =
l δ
2.5
2.3.2 Beban tekan statik bending
Selain mengalami beban tekan statik aksial, struktur sering mengalami beban tekan statik tekan
bending. Permasalahan bending lebih sering berpeluang terjadi dibandingkan akibat pembebanan yang lain di dalam perencanaan struktur.
Gambar 2.6 Three-Point Bending terhadap Batang Lurus
F
F2 F2
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 menunjukkan beban tekan statik bending terhadap batang lurus.
Tegangan-tegangan yang terjadi akibat beban tekan statik bending dapat dilihat pada
Gbr. 2.7.
Gambar 2.7 Distribusi Tegangan akibat Bending
Tegangan normal yang berubah secara linier terhadap perubahan jarak vertikal dari
sumbu aksis, y, adalah:
I y
M
x
⋅ =
σ 2.6
dimana
x
adalah tegangan normal searah sumbu aksis, M adalah momen bending, y
adalah jarak elemen terhadap sumbu aksis, dan I merupakan inersia penampang.
Universitas Sumatera Utara
Besarnya tegangan maksimum diperoleh jika harga y mencapai titik maksimum,
yaitu:
I c
M
maks
⋅ =
σ 2.7
Untuk menginvestigasi tegangan geser pada jarak y
1
di atas sumbu aksis maka dipilih penampang elemen,
dA, di atas sumbu aksis pada jarak y. Penampang elemen, dA = b dy, tegangan geser dapat ditentukan dengan:
⎟⎠ ⎞
⎜⎝ ⎛ −
=
2 1
2
2 y
c I
V τ
2.8 dimana adalah tegangan geser,
V adalah gaya geser, dan y
1
adalah jarak elemen tertentu terhadap sumbu aksis.
Tegangan geser maksimum dapat ditentukan oleh Pers. 2.9.
A V
maks
2 3
= τ
2.9 dimana A adalah luas permukaan geser. Tegangan Von Mises dapat diketahui melalui
Pers. 2.10.
2 2
2 ,
1
2 2
xy y
x y
x
τ σ
σ σ
σ σ
+ ⎟⎟⎠
⎞ ⎜⎜⎝
⎛ −
± +
=
2.10
Pertimbangan yang paling penting dalam upaya untuk mencegah terjadinya kegagalan desain suatu struktur adalah tegangan yang terjadi tidak melebihi dari
kekuatan material. Akan tetapi, ada banyak pertimbangan lain harus diperhatikan, misalnya: tegangan yang terjadi dalam jangka waktu yang lama fatik, tegangan
yang terjadi secara tiba-tiba impak, dan lain sebagainya. Penyelidikan respon
Universitas Sumatera Utara
meliputi beberapa aspek, antara lain: respon material dan struktur terhadap pembebanan tertentu, mekanisme perubahan bentuk yang terjadi pada saat terjadinya
beban maksimum, dan lain sebagainya.
2.4 Respon Mekanik akibat Beban Impak
