Aplikasi Teori Batas Butir dalam Kehidupan


DALAM ilmu material dan bahan, kita mengenal teori batas butir. Teori ini menjelaskan tentang batas butiran material berupa sisi-sisi di sekitar material tersebut. Sisi butiran menjadi lebih banyak bila benda dengan ukuran total yang sama dipecah-pecah menjadi butiran yang lebih kecil.

Contoh gampangnya, bila kita memiliki batu besar berbentuk kubus dengan panjang rusuk-rusuknya 1 meter, batas butir yang dimiliki adalah kulit permukaan yang bersentuhan dengan udara luar. Besarnya (dalam hal ini adalah luasan bidang permukaan) dapat ditentukan dengan rumus permukaan kubus :
Luas kulit permukaan = 6 (sisi) x luas alas kubus
Dengan r = 1 m maka luas kulit batu = 6 m2

Bila batu besar ini kita pecah menjadi kubus kerikil dengan rusuk 5 cm, maka luas permukaan satu kerikil adalah L = 6 x 5cm x 5 cm = 0.015 m2. Padahal batu berukuran 1 meter bila dipecah menjadi kerikil 5 cm sebanyak 8.000 butir dengan luas total kulitnya adalah 8.000 x 0.015 = 120 m2. Itu artinya permukaan kulit menjadi berlipat 20 kali dari semula.

Dalam kehidupan sehari-hari banyak penerapan teori batas butir yang bisa jadi tidak kita sadari. Dua di antaranya adalah karung pasir penahan peluru dengan varian berupa rompi anti peluru, dan yang ke dua adalah keramik / tegel yang digunakan untuk melapisi lantai / dinding.

Karung Pasir
Seperti biasa kita lihat dalam film2 perang maupun perang yang sesungguhnya, di benteng2 pertahanan (baik benteng permanen maupun sementara), penggunaan pasir yang ditempatkan dalam karung pasir sangat mudah dan biasa dijumpai. Lihat film saving private ryan, serta film2 pertempuran pejuang melawan penjajah. Pasti selalu ada tumpukan karung pasir. Gunanya adalah untuk melindungi diri dari tembakan. Kok bisa ini menjadi pelindung ? Butiran pasir yang ada di dalam karung berjumlah jutaan butir. Ukuran diameternya juga sangat kecil, ada di kisaran 0.2 – 2 mm tiap butirnya. Jika tebal karung berisi pasir adalah 40 cm atau 400 mm, maka banyaknya pasir yang berderet dalam 40 cm adalah antara 200 – 2000 butir.

Bila karung pasir terkena tembakan yang artinya terdapat gaya yang mendorong pasir dari ujung, maka gaya tersebut akan diteruskan sehingga menyebabkan pergeseran butiran pasir (dislokasi). Pergeseran yang terjadi menyesuaikan dengan besarnya gaya yang diakibatkan oleh impuls tumbukan peluru tersebut. Pergeseran ini juga akan diteruskan ke butiran pasir yang di dekatnya, dan yang terkena imbas paling besar adalah butiran pasir yang searah dengan kecepatan peluru.

Butiran pasir yang harus digeser oleh gaya tumbukan peluru tersebut jumlahnya banyak, ya antara 200 s/d 2000 butir tersebut. Padahal untuk menggeser butiran pasir di belakangnya (peluru datang dari depan), masih melewati rongga / celah antara pasir satu dengan pasir belakangnya. Baru gaya tumbukan tersebut bisa ditransformasikan berikut juga dengan material peluru yang melesat. Semakin jauh ke dalam karung, butiran dan rongga yang dilalui semakin banyak, sehingga gaya tumbukan yang diterima pasir di bagian tengah lebih kecil, dislokasi yang terjadi juga lebih sedikit, serta material peluru terhambat untuk masuk lebih jauh lagi. Pada bagian belakang karung pasir, bisa dikatakan gaya yang diterima sangat minimal sehingga tidak mengakibatkan kerusakan / jebolnya karung pasir.

Mengingat energi tidak dapat dimusnahkan dan akan berganti dalam bentuk energi yang lain. Terdapat gesekan antar permukaan butiran  dalam proses dislokasi. Taruhlah rerata gaya gesekan antar 2 butiran pasir sekian, kalau 2000 butiran tentu bisa dibayangkan berapa energi yang butiran butuhkan untuk dislokasi yang dalam hal ini sumber energinya dari peluru berkecepatan tinggi.

Aplikasi yang sama diterapkan juga dalam rompi anti peluru. Bedanya, rompi anti peluru yang modern saat ini sudah menggunakan kevlar dan beberapa sudah menggunakan serat sutera. Serat sutera di sini berlaku mirip dengan butiran pasir. Karena ukuran diameter serat yang sangat kecil, namun berjumlah sangat banyak, gaya tumbukan yang diakibatkan oleh peluru juga dapat diredam sedemikian hingga tidak sampai merusak tubuh pemakainya.

Lantai Keramik, Tegel dan Paving Block
Penggunaan lantai keramik sudah sangat umum dalam rumah tangga menggantikan lantai semen yang diaci. Bagi yang pernah mengamati, lantai semen yang diaci biasanya utuh, dari ujung ke ujung seluas lantai yang disemen. Beberapa dekade yang lalu aplikasi ini sudah dianggap mewah dan bagus, meski warnanya masih gelap. Namun, ternyata penggunaan lantai semen ini memiliki kelemahan mendasar. Tanah, pada umumnya tidak bebas dari gerakan / geseran meskipun sedikit. Baik itu gerakan yang diakibatkan oleh beban yang ada di atasnya maupun gerakan akibat pergeseran lempeng bumi (skala besar) atau dalam skala kecilnya berupa tanah yang bergerak. Pergerakan ini pada lantai semen menjadi gaya (force) yang akan diteruskan ke seluruh penjuru lantai, terutama yang searah dengan geseran awal. Padahal lantai semen sangat rigid (kaku). Akibatnya dislokasi / pergeseran yang terjadi tidak berjalan dengan sempurna dan cenderung untuk tertahan pada lempeng lantai semen tersebut. Bisa ditebak, akibatnya adalah lantai yang menjadi retak di sana-sini, cepat pecah dan mengelupas.

Lalu mengapa pada lantai berlapiskan keramik / tegel tidak banyak dijumpai fenomena ini ? Tidak lain karena pergeseran yang terjadi diteruskan ke tegel berikutnya melalui perbatasan tegel berupa nat. Jika ditilik, kekerasan yang dimiliki nat tidaklah sekeras keramik yang ada di sekelilingnya sehingga “dikorbankan”. Keuntungannya, dislokasi yang terjadi bisa teredam dengan menyeberangnya gaya dan pergeseran pada nat tersebut. Bila nat sudah kalah / pecah, jarak antar keramik yang berdekatan menjadi semakin rapat, dan keramik yang berdekatan tersebut mulai terangkat. Tanda2 mulai terangkatnya ini dapat mudah diamati, misalnya bila diketuk-ketuk berbunyi seperti ada rongga di bawahnya. Dan bila diinjak, keramik gampang pecah.

Salah satu langkah yang dilakukan untuk mencegah keramik agar tidak gampang terangkat / berongga adalah dengan memasang adonan semen berpasir sebagai dudukan keramik. Bila dikaitkan dengan bahasan mengenai karung pasir langkah ini sangat logis sehingga mengurangi dislokasi yang terjadi pada keramik di atasnya.

Aplikasi yang lain adalah pemasangan paving blok di taman maupun jalan-jalan. Paving blok lebih mampu menahan penyebaran dislokasi ke seluruh penjuru dengan melokalisir dislokasi. Wajar saja pacing lebih dipilih karena biasanya yang dipasangi adalah daerah dengan kondisi tanah tidak stabil karena berupa tanah urugan, bekas sawah, maupun rawa. Belum lagi beban berat yang biasa melintas di atasnya. (SON)

– reviewed by Mujtahid Kaavessina

2 thoughts on “Aplikasi Teori Batas Butir dalam Kehidupan

  1. Muhamad Ismail says:

    Terimakasih, Mas. Sangat membantu

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: