12th Annual Meeting on Testing and Quality

PUBLIKASI ILMIAH 2017

PUSAT PENELITIAN SISTEM MUTU

DAN TEKNOLOGI PENGUJIAN PUSPIPTEK 417 Tangerang Selatan

(021) 75871130/7 | amteq@mail.lipi.go.id

-

10 Oktober 2017 Graha Widya Bhakti Puspiptek

PUSPIPTEK, Tangerang Selatan, Banten

AMTeQ 2017

217 12th Annual Meeting on Testing and Quality Tangerang Selatan, 10 Oktober 2017

The Effect of Motor Speed on Pressure: 5000N Triaxial Digital

Hikmadi Arafat and Hendri Maja Saputra

Abstract—This paper discusses the effect of stepper motors on the compressive load on a 5000 N digital triaxial device. In general, when testing using a digital triaxial device, the speed of the motor to apply pressure to the tube in which a soil sample is placed and tested must be kept constant. It is difficult to obtain because the tool is not equipped with external feedback sensors. In this study, experiments on a triaxial apparatus made directly using a metal as a substitute for soil samples so that there is no influence of nature of the soil due to congestion given considerable pressure. Data from the load cell sensor and displacement sensor were analyzed during this study. The test results show that at constant velocity setting above 0.25mm/minute, there is a decrease of stepper motor speed more than 63,45%. The decrease occurs when the compressive load is on average above 39,8kg.

Keywords-motor speed, pressure, triaxial digital, soil sample

I. PENDAHULUAN

Triaxial adalah suatu alat uji analisis kemampuan tanah yang ada pada suatu daerah tertentu dan umumnya dilakukan menggunakan tiga metode analisis yaitu Consolidated-Undrained (CU), Consolidated-Drain (CD) dan Unconsolidated-Undrained (UU). Pada setiap metode analisis tersebut memiliki analisis tegangan geser secara vertikal menggunakan gerak mekanik yang bergerak naik. Analisis geser ini dilakukan untuk melihat kuat geser tanah untuk menunjukan gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan [1].

Pergerakan geser pada alat Triaxial Digital menggunakan stepper motor dengan memiliki kelemahan yaitu penurunan kecepatan ketika menerima beban tekan selama analisis geser berlangsung.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar kecepatan pada Alat Triaxial Digital dengan masukan berupa beban tekan sampai dengan 5000 N. Alat ukur load cell digunakan sebagai alat ukur tegangan pada sempel tanah yang diganti dengan bahan metal dan dial gage atau displacement untuk mengukur seberapa jauh pergerakan kenaikan pada analisis geser.

II. DASAR TEORI DAN METODE

A. Dasar Teori Kapasitas maksimum beban tekan pada Alat Triaxial

Digital adalah 5000 N. hal ini dapat menyebabkan penurunan kecepatan saat proses geser karena beban tekan yang diberikan saat pengujian, semakin lama, semakin besar.

Arafat Hikmadi is with Gerlink Utama Mandiri, Jl Kacapiring no 18B, Bandung, e-mail: ahikmadi@gmail.com (Corresponding author).

Saputra Hendri Maja is with Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Meka- tronik, LIPI, Kompleks LIPI Jl Sangkuriang, Gd 20, Lt 2, Bandung

Perubahan beban dapat mengakibatkan perubahan kecepatan motor yang terpasang. Semakin tinggi beban yang diberikan maka kecepatan motor akan melambat disebabkan motor tidak memberikan torsi lebih besar untuk menyeimbangi beban yang ada[2][4][5]. Berdasarkan literatur pengaruh kecepatan terhadap beban pada Alat Triaxial Digital digambarkan sebagai berikut.

Gambar 1 Desain Load Frame

Proses kerja dari pengaruh kecepatan terhadap beban tekan yang terjadi pada Alat Triaxial Digital saat chamber bergerak naik yang digerakan oleh motor stepper dengan dikopel pada gear box untuk mendorong chamber tersebut dan load cell membaca tekanan secara vertical dengan bantuan batang beban tekan untuk menyambungkan sampel yang berada di dalam chamber.

218

B. Metode Metode pengujian yang dilakukan dalam penelitian meng-

gunakan metode eksperimen. Mengacu pada pengujian yang dilakukan oleh Muhammad Sarjan [4], hal yang harus dipersiapkan adalah peralatan dan bahan terlebih dahulu, memasang sempel yang akan diuji pada chamber, menghubungkan semua alat ukur yang digunakan, setelah selesai terpasang semua, dilakukan pengecekan ulang. Berikut adalah alur dari penelitian:

Mulai

Atur Kecepatan

Pembacaan Pengukuran

Penyimpanan Hasil Pengukuran

Variasi Kecepatan sudah Selesai Semua?

Selesai

Tidak

Ya

Gambar 2. Diagram alur penelitian

Langkah awal yang dilakukan dalam penelitian atur ke-

cepatan Pengujian dilakukan dengan beberapa variasi ke- cepatan yaitu 18 mm/menit, 1,6 mm/menit, 1,5 mm/menit, 1,2 mm/menit, 1 mm/menit, 0,5 mm/menit, dan 0,25 mm/menit.

Setelah kecepatan telah dipilih alat Trixial Digital proses pengujian dimulai dengan dilajutkan pada pengukur kecepatan pergerakan geser sampel tanah menggunakan dial gage atau displacement sedangkan tegangan diukur menggunakan load cell. Pada proses ini, sampel yang digunakan bukan tanah sebagai bahan uji, tetapi menggunakan bahan metal.

Hasil dari pengukuran disimpan dalam bentuk tabel dan kemudian diubah dalam bentuk grafik kecepatan pergerakan motor stepper terhadap beban tekan. Penelitian ini terus diulang dengan perubahan parameter kecepatan.

Proses pengujian untuk mengukur parameter menggunakan proses analisis geser unconsolidated-undrained yaitu proses pembebanan suatu sempel secara cepat tanpa harus terkonsolidasi dan tak terdrainisasi terlebih dahulu[1][3].

Selama proses pengujian tersebut berlangsung, data tekanan dari load cell dan pergeseran pergerakan sampel dari displacement sebagai data yang harus diolah dengan pencapaian nilai load cell mendekati 5000 N atau setara dengan ±500 kg.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dari pengukuran yang dilakukan diperlihatkan dalam bentuk grafik-grafik. Percobaan yang dilakukan dengan beberapa variasi kecepatan. Berikut adalah gambar grafik dari setiap variasi kecepatan:

A. Kecepatan 18 mm/ menit

Pada gambar 3, saat diuji terdapat penurunan kecepatan setelah mencapai beban tekan 88 kg yang diberikan karena fortor torsi motor yang menyesuaikan beban tekan yang diberikan. Kecepatan 18 mm/menit tergolong kecepatan tinggi sehingga grafik yang didapat naik turun tidak proporsional seperti grafik pada gambar 4 sampai gambar 9. Data kecepan dan load cell diambil.

Gambar 3. Kecepatan 18 mm/menit

B. Kecepatan 1,6 mm/ menit

Gambar 4, kecepatan bergerak naik turun tidak terlalu jauh pada awalnya, tetapi setelah mendapat tekanan sebesar 39,8 kg kecepatan mulai menurun. Penurunan kecepatan ini hampir 50% dari kecepatan referensi.

Gambar 4. Kecepatan 1,6 mm/menit

C. Kecepatan 1,5 mm/ menit Gambar 5, penurunan tekanan terjadi pada beban 56 kg

keatas. Terlihat pada grafik tersebut bahwa penurunan kecepatan melebihi 50% dari kecepatan referensinya.

0

5

10

15

20

3,9

12,8

30,9

56,7 88

155,

1

229,

2

325,

5

486,

1

507,

3

Kece

pata

n (m

m/m

enit)

Load cell (kg)

0

0,5

1

1,5

2

0,8

8,7

25,6

53,8

84,3

122,

516

1,7

205,

125

1,5

307,

136

1,7

420,

848

5,4Kec

epat

an (m

m/m

enit)

Load Cell (kg)

219

Gambar 4. Kecepatan 1,5 mm/menit

D. Kecepatan 1,2 mm/ menit

Gambar 6, penurunan kecepatan mulai terjadi pada beban tekan diatas 39,3 kg pada saat pengujian berlangsung. Penurunan kecepatan yang terjadi lebih dari 50% dari kecepatan referensinya.

Gambar 5. Kecepatan 1,2 mm/menit

E. Kecepatan 1 mm/ menit Gambar 7 menunjukan grafik kecepatan 1 mm/menit pada

saat pengujian. Penurunan kecepatan mulai terjadi pada saat beban tekan diatas 44 kg. Penurunan kecepatan sampai melebihi 50% dari kecepatan referensi yang diberikan.

Gambar 6 Kecepatan 1mm/menit

F. Kecepatan 0,5 mm/ menit Gambar 8, Penurunan kecepatan mulai terjadi pada beban

tekan 47,8 kg. Penurunan kecepatan lebih dari 50% dari kecepatan referensi.

Gambar 7Kecepatan 0,5 mm/menit

G. Kecepatan 0,25 mm/ menit

Gambar 9, Penurunan kecepatan muali terjadi saat pengujian berlangsung. Penurunan kecepatan pada saat beban tekan lebih dari 49,7 kg dengan penurunan kecepatan 50% dilihat pada hasil percobaan.

Gambar 8 Kecepatan 0,25 mm/menit

H. Rekapitulasi Hasil Percobaan

Analisis dari Gambar 4 sampai dengan gambar 9 terlihat bahwa penurunan kecepatan pada alat Triaxial Digital dengan beban tekan tertentu maka kecepatan akan menurun karena torsi motor tidak bisa menyeimbangi tekanan yang berakibat motor tertahan dan melambat.

Kecepatan diambil berdasarkan variasi kecepatan dalam penelitian yang digunakan dengan satuan millimeter/menit. Beban tekan yang didapat dari pengukuran kecepatan saat pertama kali terjadi. Rata-rata penurunan kecepatan dihitung saat kecepatan menurun sampai beban tekan mendekati 500kg. Overshoot terjadi karena adanya kecepatan berlebih saat pertama kali pengujian dilakukan. Undershoot terjadi ketika penurunan setelah overshoot terjadi.

Berdasarkan Tabel I, pengujian tersebut dilakukan rekapitulasi untuk menyatakan kecepatan, beban tekan, rata-rata

00,5

11,5

22,5

0,7 5

19,4

42,1

71,7

107,

914

7,2

189

231,

728

2,2

338,

239

3,7

453,

949

9,4

Kec

epat

an

(mm

/men

it)

Load Cell (kg)

00,20,40,60,8

11,21,4

0,3

2,9

8,1

22,1

43,6

73,2

107,

114

7,5

187,

723

5,7

284,

333

639

4,4

454,

2kece

pata

n (m

m/m

enit)

Load Cell (kg)

00,20,40,60,8

11,21,4

0,5

3,6

11,8

26,2

48,1

74,3

104,

113

9,5

174,

121

4,1

254,

729

7,9

345,

239

2,5

442,

849

6,9

Kec

epat

an (m

m/m

enit)

Laod Cell (kg)

00,20,40,60,8

02,

67,

419

,538

,463

,690

,312

1,8

156,

619

2,7

231,

327

1,8

316,

736

2,3

411,

946

2,1

Kec

epat

an 0

.5m

m/m

enit

Load Cell (kg)

00,10,20,30,40,50,

33,

815

,131

,654

,5 7910

7,8

139,

417

1,9

206,

524

3,4

281,

232

3,3

367

411,

545

8,2

Kec

epat

an (m

m/m

enit)

Load Cell (kg)

220

penurunan kecepatan, overshoot, undershoot dan nilai rata-rata dari setiap pengukuran dan persentase pada Tabel. Rekapitulasi tersebut dapat dilihat pada Tabel I.

TABEL I

PERHITUNGAN PENGUKURAN KECEPATAN PERGERAKAN MOTOR

Kecepatan (mm/menit)

Beban Tekan (kg)

Rata-rata Penurunan

Kecepatan (%)

Overshoot (%)

Undershoot (%)

18 88 49 - 17,33 1,6 39,8 58,25 5 38,75 1,5 56 68,92 4 32 1,2 39,3 69,2 10 20 1 44 53,78 2 34

0,5 47,8 70,05 20 40 0,25 49,7 75 44 52

Rata-rata 52,08 63,45 11 33,44

Dari Tabel 1 didapatkan hasil analisis penurunan kecepatan

pergerakan motor pada alat uji Triaxial Digital. Rata-rata penurunan kecepatan sebesar lebih 63,45% dari steady-state pada saat beban tekan mencapai lebih dari 39,8 kg. Pada saat motor pertama kali dihidupkan motor mengalami kejut listrik yang mengakibatkan motor mengalami overshoot. Setelah motor mengalami overshoot diikuti dengan undershoot karena motor belum mendapatakan input tegangan yang stabil.

IV. KESIMPULAN

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan mendapatkan beberapa kesimpulan antara lain adalah Perubahan kecepatan yang terjadi karena adanya beban lebih secara vertikal dari hubungan motor stepper dengan sampel yang diukur menggunakan load cell dan penurunan kecepatan terjadi saat beban tekan berada diatas 39,8 kg. Rata-rata penurunan kecepatan pada saat analisis geser adalah 63,45% dari steady state.

Dampak terjadinya penurunan kecepatan terhadap beban pada alat Triaxial Digital mengakibatan kesalahan pengukuran sampel tanah yang berujung pada ketahan pondasi suatu bangunan yang lemah.

REFERENSI

[1] Qunik Wiqoyah, The Effect of Tras on Shear Strength Parameter of Clay, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Dinamika Teknik Sipil, Volume 7, Nomor 2, 2007.

[2] Antonov, Yeni Oktariani, Studi Pengaruh Torsi Beban Terhadap Kinetika Motor Induksi Tiga Fase, Institut Teknologi Padang, Jurnal Teknik Elektro ITP, Volume 5, No. 1, 2016.

[3] Anita Widianti, Edi Hartono, Agus Setyo Muntohar, Deliyuda Andri Rosyidi, Unconsolidated-undrained Triaxial Test on Mixture of Silty Soil-Lime-Rice Ash and Plastic Fiber, Jurnal Semesta Teknika, Vol. 11 No. 2, 2008.

[4] Muhammad Sarjan, Perbandingan Karakteristik Motor Induksi Belitan Gelung Dengan Belitan Spiral, Jurnal Ilmiah Faristek, Vol. 1, No. 1, 2011.

[5] Alexander Aqui Islamy, Triwahju Hardianto, Suprihadi Prasetyono, Perancangan Simulasi unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fase dengan Sumber Satu Fase Menggunakan Boost Buck Converter Regulator dan Inverter Tiga Fase Pulse Width Modulation (PWM) Menggunkan Software Matlab, Jember, 2014.