## KAJI EKSPERIMETAL PENGHAMBAT PENJALARAN RETAK DENGAN MENGGUNAKAN PENGAKU
Hendery Dahlan, Yudi Dwianda, Meifal Rusli Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas Kampus Limau Manis, Padang, Sumatera Barat
Email: henderydahlan@ft.unand.ac.id

## ABSTRAK
Salah satu penyebab retak muncul di struktur biasanya berawal pada daerah yang mengalami konsentrasi tegangan yang tinggi. Jika pembebanan terus dilakukan maka retak akan terus tumbuh dan menjalar sehingga menyebabkan terjadinya kegagalan. Oleh karena itu, diperlukan suatu cara atau metode yang efektif untuk menahan laju pertumbuhan retak sebelum kegagalan terjadi. Pada penelitian ini akan dilakukan kajian secara eksperimental pengaruh lasan, dimensi pengaku dan jumlah pengaku terhadap beban kritis sebelum retak menjalar. Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pengaku yang diberikan sangat efektif mempengaruhi laju perambatan retak. Selain itu, dimensi pengaku mempengaruhi penghambatan penjalaran retak dimana semakin besar dimensi pengaku maka rata rata beban kritis yang dibutuhkan untuk retak mulai menjalar semakin besar. Sementara itu kualitaspengelasan pada retak sangat mempengaruhi penghambatan retak untuk menjalar.
Kata Kunci: Retak, Pengaku, Penghambat Retak, Beban Kritis.

## ABSTRACT
One of the causes of cracks appearing in structures usually begins in areas having high stress concentrations. If loading continues to be subjected, then the crack will continue to grow and propagate so that it causes failure. Therefore, an effective method is needed to restrain the crack growth rate before failure occurs. This research will be conducted an experimental study of the influence of welds, dimensions of the stiffener and the number of stiffener relating to the critical load before crack propagation. It can be concluded that the stiffener given significantly affect in crack propagation rate retardation.In addition, the  stiffener  dimension  affects  the  inhibition  of  crack  propagation  where  the  greater the  dimension  of  the  stiffener,  the  average  critical  load  required  for  crackgrowthwill increase. Meanwhile, the quality of welding on cracks greatly affects the inhibition of crack propagation.
Keywords: crack, stiffener, crack arrest, critical load.
PENDAHULUAN Banyak kegagalan komponen mesin atau struktur di lapangan disebabkan oleh sebuah retak. Retak ini dapat disebabkan oleh cacat pada proses pembuatan, daerah-daerah yang memiliki konsentrasi tegangan yang tinggi akibat dari bentuk geometri sehingga pada saat komponen mesin atau struktur beroperasi ( in service ) dapat menyebabkan retak muncul.
Komponen mesin atau struktur yang memiliki retak akan mengalami pengurangan kekuatan pada saat beroperasi. Oleh karena itu jika pada komponen mesin atau struktur tersebut memiliki retak, maka perlu dilakukan proses penggantian komponen tersebut tetapi sebelum dilakukan penggantian komponen tersebut perlu dilakukan pencegahan agar retak tersebut tidak menjalar yang  nantinya  akan  menyebabkan  kerusakan  pada  komponen  mesin  atau  struktur  sehingga proses produksi dapat terganggu atau bahkan terhenti.
Perkembangan penelitian tentang rambatan retak, mengalami kemajuan yang signifikan. Salah  satu  penelitian  tentang  penghambat  pertumbuhan  retak  dilakukan  oleh  Murdani  dan kawan-kawan [1]. Murdani mengemukakan sebuah teknik baru untuk menahan laju perambatan retak pada stop-drilled holes (SDH) dengan membuat beberapa lubang di sekitar stop hole pada bahan alluminium alloy . Hasil perhitungan memperlihatkan bahwa adanya lubang di sekitar stop holes mengurangi konsentrasi tegangan. Jarak dan besar lubang juga mempengaruhi besarnya pengurangan konsentrasi tegangan disudut stop holes [1].
Penelitian lain tentang metode teknis untuk menghambat pertumbuhan retak lebih lanjut adalah  dengan  menggunakan  lubang  yang  dibuat  di  sekitar  ujung  retakan  ( the crack tips ) [2]. Pada sebagian lubang tersebut dimasukkan pin. Ditemukan bahwa lubang dan pin yang dimasukkan tersebut dapat memperpanjang waktu pertumbuhan retak. Lubang dan pin juga dapat mengubah arah pejalaran retak sehingga dapat mencegah bertemunya retak. Ditemukan juga  bahwa  tegangan  sisa  kompresif  yang  timbul  akibat  dimasukkannya  pin  lebih  efektif mengambat pertumbuhan retak dari pada mengurangi konsentrasi tegangan disekeliling ujung retakan dengan cara membuat lubang [2].
Walaupun cukup banyak studi tentang jenis-jenis perbaikan yang dapat dilakukan terhadap retakan seperti yang diulas oleh Mazarni et.al. [3], namun tidak semua cara dapat dilakukan pada setiap kasus. Efektifitas dari jenis perbaikan terhadap retakan perlu diperhatikan,seperti yang didiskusikan Macabe pada risetnya [4].
Pada aplikasi di lapangan, tambalan ( patches ) dapat digunakan untuk memperbaiki bagian pesawat dan jembatan. Namun pada daerah kerja yang sempit metode ini atau metode lain seperti penjahitan ( stitching ) tidak efektif digunakan. Pada kondisi seperti ini Macabe mengusulkan penggunaan metode lubang-hambat ( stop-hole ) dan pengaku ( arrester ),akan tetapi penggunaan lubang-hambat saja tanpa memasukkan pin atau baut tidak efektif untuk menghambat penjalaran retak. Sementara itu jika pengaku digunakan, jumlah stress cycles terhadap timbulnya retak dan penjalaran retak dapat meningkat dibandingkan dengan tanpa pengaku [4]. Metode yang paling umum yang digunakan untuk mencegah pertumbuhan retak adalah dengan membuat lubang hambat di ujung retak [5]. Dengan metode ini konsentrasi tegangan di  ujung  retak  menjadi  berkurang.  Dua-parameter  mekanika  retak  ( two-parameter fracture mekanics ) diusulkan sebagai sebuah indeks yaitu DRI ( Drilling Repair Index ), untuk mengevaluasi efisiensi dari metode lubang-hambat (stop hole ) [5]. Selain itu, kriteria dua-parameter mekanika retak  telah  dikemukakan  untuk  memprediksi  kondisi  retakan  pada  komponen.  Kriteria  ini terdiri dari faktor intensitas tegangan kritis takik, K ρ,c yang menggambarkan ketangguhan retak ( fracture toughness ) dari material  dan efektif T-stress . Efektif T-stress , T ef , merupakan nilai rata-rata dari distribusi tegangan di sekitar takikan [11].
Metode lubang–hambat dan pengaku ini juga pernah diuji penerapannya pada komponen dengan pengelasan [6]. Metode tersebut digunakan karena metode perbaikan dengan pengelasan kurang efektif digunakan karena metode ini menimbulkan tegangan sisa ( residual stress ). Pada penelitian  tersebut  disimpulkan  bahwa fatigue life akan  bertambah  jika  pengaku  dipasang pada  bagian  flat  dari  komponen  yang  berlawanan  dengan  posisi  lasan.  Ketika  daerah  yang bersentuhan  dari  pengaku  dengan  permukaan  komponen  lebih  lebar  dan  perpindahan  retak ( crack displacement ) dibuat lebih kecil maka fatigue life akan lebih panjang [6].
Proses  penghambatan  retak  sangat  tergantung  pada  kasus-kasus  retakan  yang  terjadi pada komponen komponen mesin dan struktur. Tidak semua metodologi penghambatan retak dapat digunakan untuk semua kasus yang terjadi. Untuk keretakan yang terjadi pada pipa yang didalamnya  ada  tekanan  tinggi  atau  ada  fluida  yang  mengalir,  proses  penghambatan  retak dengan  membuat  lubang  pada  ujung  retak  tidak  efektif  digunakan.  Pada  saat  ini  prosedur yang sering dilakukan di lapangan adalah dengan melakukan proses pengelasan pada daerah retakan, tetapi proses ini tidak memberikan solusi yang efektif karena jika proses pengelasan dilakukan  tidak  degan  baik  maka  retak  akan  terjadi  kembali  di  daerah  yang  sama.  Oleh sebab itu perlu dilakukan mekanisme tambahan untuk mencegah retak terjadi kembali, yaitu dengan memberikan pengaku pada daerah retakan yang sudah dilas. Penahan atau pengaku mempunyai fungsi untuk mengurangi konsentrasi tegangan pada ujung retak sehingga dapat menghambat penjalaran retak sehingga retak yang terjadi tidak meluas dan merusak struktur. Untuk permasalahan ini dilakukan pengujian dengan menggunakan spesimen uji yang dibuat dari bahan baja pelat hitam, steel plate mild ASTM A36.
Secara umum retak mulai menjalar jika beban yang diberikan telah mencapai beban kritis yang mampu di tahan oleh sebuah struktur, oleh karena itu tujuan yang hendak dicapai pada penelitian  ini  adalah  mencari  model  penghambatan  penjalaran  retak  dari  tiga  variasi  model dengan mempertimbangan nilai pembebanan kritis dari esperimen yang dilakukan.
Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi sebagai berikut:
1.  Diasumsikan  keretakan  yang  terjadi  hanya  dengan  modus  I  ( Openingmode )  dengan pengujian yang dilakukan adalah uji tarik.
2.  Material pengaku sama dengan material spesimen yaitu baja pelat hitam, steel plate mild ASTM A36.
3. Pengelasan dilakukan dengan metode pengelasan SMAW menggunakan listrik arus DC dengan elektroda RD 260

## METODE PENELITIAN
Perancangan Spesimen Uji Bahan spesimen uji adalah pelat logam dengan tembal 3 mm. Pelat ini dibentuk menjadi spesimen dengan ukuran 50 x 200 mm. Ukuran ini diambil dengan referensi dari studi literatur yang telah dilakukan. Spesimen tersebutdiberi retakan awal (celah) dengan panjang 25 mm seperti  yang  terlihat  pada  gambar  1(a).  Dalam  rancangan  spesimen  uji  ini,pengaku  ( crack arrester ) dibuat dari logam yang sama dengan spesimen dengan ukuran 100x10 mm dan 100x20 mm yang disebut secara berurutan Pengaku-A dan Pengaku-B. Direncanakan pengaku-pengaku ini dipasang pada spesimen menggunakan las seperti yang terlihat pada gambar 1(b) dan 1(c).
(a) (b) (c) Gambar 1Rancangan spesimen uji, (a) tanpa pengaku, (b) dengan pengaku-A (c) dengan pengaku-B
Ada empat jenis spesimen yang dipersiapkan yaitu:
Spesimen A
Spesimen A adalah spesimen dengan retak awal tanpa lasan. Spesimen ini dibuat dari pelat dasar dengan hanya ditambah proses pembuatan ‘ gauge length ’ dengan menggunakan gerinda seperti diperlihatkan pada gambar 2.
Gambar 2 Spesimen A dengan ‘ gauge length’
Gauge length adalah  pengecilan  penampang  yang  biasa  ada  pada  spesimen  standar. Kegunaan  dari  daerah gaugelength ini  adalah  untuk  memastikan  agar  kerusakan  ( failure/ breakage )  yang  terjadi  pada  saat  pengujian  tarik  berada  pada  daerah gaugelength ini. Jika spesimen tidak memiliki daerah gaugelength ini maka ada kemungkinan spesimen putus pada pencekam.
Spesimen B Spesimen B adalah spesimen yang diberi retak awal kemudian retak tersebut diperbaiki dengan  cara  dilas.  Pengelasan  dilakukan  dengan  metoda  pengelasan  SMAW  menggunakan
mesin las listrik arus DC. Setelah selesai dilas, pelat spesimen digerinda agar permukaannya menjadi rata. Proses terakhir dari pembuatan spesimen B adalah membuat gauge length dengan menggunakan mesin gerinda yang hasilnya terlihat pada gambar 3.

## Gambar 3 Spesimen B
Spesimen C
Spesimen C adalah spesimen yang diberi retak awal kemudian retak tersebut dilas lalu diberi pengaku-A di satu sisi saja. Proses pembuatannya sama seperti proses pembuatan spesimen B kemudian ditambah dengan pemasangan pengaku yang mempunyai ukuran lebar 10 mm pada satu sisi menggunakan proses pengelasan SMAW. Hasilnya terlihat pada gambar 4.

## Gambar 4 Spesimen C
Spesimen D
Spesimen D adalah spesimen yang diberi retak awal kemudian retak tersebut dilas lalu diberi  pengaku-B  di  satu  sisi  saja.  Proses  pembuatannya  sama  seperti  proses  pembuatan spesimen B kemudian ditambah dengan pemasangan pengaku yang ukuran lebar 20 mm pada satu sisi menggunakan proses pengelasan SMAW seperti yang terlihat pada gambar 5.

## Gambar 5 Spesimen D
Spesimen D ini juga diberi gaugelength dengan cara digerinda.
Masing-masing  perlakuan  dibuat  5  buah  spesimen  sehingga  total  spesimen  yang  harus dipersiapkan adalah 20 buah.
Pengujian
Pengujian  yang  dilakukan  adalah  Pengujian  Tarik  yangdilakukan  pada  mesin  uji  tarik universal UTM, HungTa HT-8503 yang ada di Laboratorium seperti yang diperlihatkan gambar 6.

## Gambar 6. Computer Servo Control Material Testing Machine
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh  penggunaan  pengelasan  dan  pengaku  untuk  menahan  pertumbuhan  dan penjalaran retak dengan membandingkan nilai beban kritis yang diperoleh dari pengujian akan dibahas pada bagian ini. Sementara itu juga dibandingkan nilai beban kritis antara spesimen yang hanya memiliki retak awal dengan spesimen yang menggunakan retak awal kemudian diberi lasan. Adapun hasil pengujian spesimen dengan retak awal ini (Spesimen A) ditetapkan sebagai referensi. Selain itu pengaruh dimensi pengaku dan posisi pemasangan pengaku pada spesimen pengujian untuk menghambat laju pertumbuhan retak juga diperlihatkan.
Nilai beban kritis untuk lima buah specimen dari setiap empat macam jenis perlakuan pada retak diperlihatkan pada gambar 7.
Gambar 7 Perbandingan nilai beban kritis Spesimen A, B, C dan D untuk lima buah spesimen
Pengukuran Beban Kritis (P kritis ) Pada Spesimen dengan Retakan yang dilas Pada  gambar  7  terlihat  bahwa  secara  umum  nilai  beban  kritis  spesimen  B  lebih  tinggi dibandingkan dengan spesimen A. Akan tetapi nilai beban kritis Spesimen B3 (29kN) dan B4 (32.83kN)  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  spesimen  B  lainnya.  Hal  ini  disebabkan  oleh kualitas pengelasan yang kurang baik sehingga retakan muncul dan menjalar di daerah lasan seperti yang terlihat pada gambar 8 (a) dan (b). Namun nilai beban kritis Spesimen B3 dan B4 ini masih lebih tinggi dibandingkan dengan nilai beban kritis tertinggi spesimen tanpa lasan (Spesimen A).
Sementara  itu  padai  gambar  8  (c)  terlihat  retakan  spesimen  B1  dimulai  dan  menjalar bukan pada daerah retakan awal yang sudah dilas. Pada spesimen ini kualitas lasan cukup baik sehingga retak muncul dan menjalar pada daerah kritis lain.
(a)                                            (b)                                         (c) Gambar 8 Posisi penjalaran retak pada (a) Spesimen B3, (b) Spesimen B4 dan (c) Spesimen B1
Posisi Retak Posisi Retak Posisi Retak
Pengukuran Beban Kritis (P kritis ) Pada Spesimen dengan retakan yang dilas diperkuat dengan Pengaku Satu Sisi
Pengaruh  pengaku  satu  sisi  dengan  lebar  10  mm  (Spesimen  C)  terhadap  beban  kritis diperlihatkan pada 7. Pada gambar terlihat bahwa nilai rata-rata beban kritis spesimen C lebih tinggi dibandingkan dengan spesimen B dan Spesimen A. Pada gambar 7 terlihat bahwa nilai beban kritis Spesimen C1 (48.5kN) lebih rendah dibandingkan dengan spesimen C lainnya. Hal ini disebabkan pengaku tidak ikut dicekam sehingga retakan muncul dan menjalar di daerah pencekaman seperti yang terlihat pada gambar 9 (a).Sementara untuk empat spesimen lainnya pengaku ikut di cekam dalam proses pengujian.
(a) (b) (c)
Gambar 9  Posisi penjalaran retak pada (a) Spesimen C1 (b) Spesimen C3 tampak depan dan (c)

## Spesimen C3 tampak belakang
Pada gambar 7 juga terlihat bahwa nilai beban kritis Spesimen  C3 juga rendah mendekati nilai beban kritis spesimen C1. Hal ini dikarenakan proses pengelasan yang kurang baik sehingga penjalaran retak bermula dari daerah retakan awal yang diberikan seperti yang diperlihatkan gambar 9 (b) dan (c). Akan tetapi nilai beban kritis Spesimen C3 (49.26kN) masih lebih tinggi dibandingkan dengan nilai beban kritis Spesimen B3 (29kN) walaupun kedua spesimen tersebut gagal akibat lasan yang kurang baik. Hal ini disebabkan Spesimen C3 mempunyai pengaku yang menghambat penjalaran retak.
Pengaruh  pengaku  satu  sisi  dengn  lebar  20  mm  (Spesimen  D)  terhadap  beban  kritis diperlihatkan pada juga diperlihatkan pada gambar 7. Pada gambar terlihat bahwa nilai rata- rata beban kritis spesimen D lebih tinggi dibandingkan dengan spesimen Cdan B Pada gambar 7 terlihat bahwa nilai beban kritis D1 (47.8 kN) hampir sama dengan C1 (48.5kN).  Hal  ini  disebabkan  oleh  pengaku  Spesimen  D1  juga  tidak  ikut  dijepit  pada  saat pengujian seperti yang terlihat pada gambar 10.
Posisi Retak
Posisi Retak Posisi Retak

## Gambar 10 Posisi penjalaran retak pada Spesimen D1
Pada  Gambar  10  terlihat  bahwa  retak  muncul  dan  menjalar  pada  pencekaman  bagian bawah. Hal ini menandakan pemberian pengaku dan lasan pada daerah retakan cukup baik untuk menghambat laju retakan pada daerah retakan awal yang diberikan.
Perbandingan nilai rata-rata beban kritis untuk variasi spesimen pengujian diperlihatkan pada  gambar  11.  Pada  gambar  terlihat  penggunaan  pengaku  satu  sisi  dengan  lebar  20  mm (Spesimen  D)  sangat  efektif  dalam  menghambat  laju  rambatan  retak.  Hal  ini  terlihat  dari nilai rata-rata beban kritisnya tertinggi,sedangkan metode penghambat retakan dengan lasan saja  (Spesimen  B)  kurang  efektif  dalam  menghambat  penjalaran  retak,  akan  tetapi  metode penghambatan retak dengan lasan saja masih dapat menghambat laju rambatan retak. Hal ni terlihat dari nilai beban kritisnya masih lebih tinggi dari spesimen yang diberi retakan awal (Spesimen A).
Gambar 11. Perbandingan nilai rata-rata beban kritis untuk variasi Jenis Spesimen

## Posisi Retak

## KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Pengaku  yang  diberikan  sangat  mempengaruhi  laju  perambatan  retak  di  mana penggunaannyasangat  efektif  dalam  meningkatkan  nilai  beban  kritis  sebelum  retak menjalar.
2. Dimensi pengaku mempengaruhi penghambatan penjalaran retak di mana semakin besar dimensi pengaku maka rata rata beban kritis yang dibutuhkan untuk retak mulai menjalar semakin besar.
3. Metode  lasan  pada  retak  dapat  menghambat  penjalaran  retak  meskipun  kurang  efektif dibandingkan dengan metode lainnya
4. Pengelasan yang kurang baik akan menyebabkan pertumbuhan retak dimulai pada daerah tersebut sehingga nilai beban kritis menjadi rendah.
Ucapan Terimakasih.
Peneliti  mengucapkan  terimakasih  kepada  Jurusan  Teknik  Mesin  Universitas  Andalas atas dana yang diberikan untuk penelitian ini dengan surat kontrak perjanjian pelakasanaan penugasan kegiatan penelitian dosen dengan nomor kontrak 072/UN.16.09.D/PL/2017.
DAFTAR PUSTAKA [1]  Murdani A., Macabe C., Saimoto A., Kondo R. 2008. A Crack Growth Arresting Technique in Aluminum Alloy . Engineering Failure Analysis 15 (2008) 302-310.
[2]    Macabe C., Murdani A., Kuniyoshi K., Irei Y., Saimoto A. 2009. Crack – Growth Arrest by Redirecting Crack Growth by Drilling Stop Holes and Inserting Pins into Them . Engineering Failure Analysis 16 (2009) 247-483.
[3]    Marazani T., Madyira D. M.,Akinlabi E. T. 2017. Repair of cracks in metals: A review . 14th  Global  Conference  on  Sustainable  Manufacturing,  GCSM  3-5  October  2016, Stellenbosch, South AfricaProcedia Manufacturing 8 (2017) 673-679
[4]    Macabe  C.,  Naka  K.,  Ferdous  M.  S.  2014. Method of Arresting Crack Growth for Application at Narrow Working Space . Bulletin of the JSME, Mechanical Engineering Journal Vol.1 No.6.
[5]    Macabe C., Naka K., Katshusima Y. 2015. Example of Arresting Crack Growth in Welded Parts . Indutrial Engineering and Management Vol.4 issue.5.
[6]    Nateche T., Meliani M.H., Matvienko Y.G., Pluvinage G. 2016. Drilling Repair Index (DRI) Based on Two-parameter Fracture Mechanics for Crack Arrest Holes. Engneering Failure Analysis 59 (2016) 99 – 110.