BAB II PEMBAHASAN
2.1 Definisi Statika
2.1.2 Jenis-jenis Pembebanan
Contoh gaya horizontal
Contoh gaya miring
Panjangnya melukiskan besar gaya, tanda panah menunjukkan arah kerja gaya. Jika gaya tersebut bekerja pada sebuah benda maka tempat memegang gaya tersebut disebut titik pegangan atau titik pangkal yang pada umumnya titik berat dari benda tersebut sedang garis yang ditarik melalui titik pegang ini arahnya sama dengan arah kerja gaya yang disebut garis kerja gaya. Gaya tidak akan berubah sifatnya apabila dipindah-pindahkan dalam garis kerja yang sama.
Untuk gaya yang miring, agar pengerjakan soal mudah, diuraikan terlebih dahulu dalam arah sejajar sumbu X dan arah sejajar sumbu Y.
2.1.2 Jenis-jenis Pembebanan a. Pembebanan Luar
Beban Terpusat (Point Load): Beban terpusat adalah pembebanan paling sederhana. Pembebanan ini hanya bekerja pada satu titik pegang dengan arah dan besaran tertentu.
Beban Merata (Uniformly Distributed Load): Beban merata adalah pembebanan yang bekerja di atas daerah tertentu dan dapat mempunyai bentuk yang bervariasi (persegi panjang, segitiga, parabola). Pembebanan ini dinotasikan degan q (kN/m). Besar gaya beban merata dihitung dengan cara mencari luasan beban merata yang bekerja pada titik berat jenis beban merata
Beban merata berbentuk persegi panjang
Beban merata berbentuk segitiga
Letak titik berat beban merata :
Untuk beban merata berbentuk trapesium, dapat dipecah menjadi dua beban merata (satu persegi panjang, satu segitiga) Momen: Beban luar ketiga yang juga sering dijumpai adalah beban berupa momen. Beban momen mempunyai besaran momen (kNm) dengan arah putaran (searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam).
Beban berupa momen
Berdasarkan kemampuan untuk bergerak atau tidak, beban juga dapat
dikategorikan menjadi:
Beban Mati (Dead Loads): Kita mengenal yang disebut beban mati yaitu beban yang tidak bisa dipindah-pindahkan (posisinya tetap) di mana beban tersebut adalah gaya yang garis kerjanya adalah sama dengan arah gravitasi bumi. Pembebanan seperti ini biasanya berupa beban akibat beratnya sendiri atau akibat elemen-elemen lain yang melekat pada konstruksi tersebut secara pernamen. Contoh-contoh beban mati adalah
berat lantai, dinding, kolum, atap, dll.
Beban Hidup (Live Loads) Beban hidup berbeda dengan mati karena bersifat dinamis, sehingga dapat bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain. Contoh beban hidup adalah truk yang berjalan di atas satu jembatan dan gaya yang bekerja pada jembatan adalah berat truk yang dipikul oleh roda-roda truk.
Ada pula terdapat beban kenaan pada bangunan ( imposed load ) . Mereka kadangkala penting dalam reka bentuk bangunan. Antaranya adalah :
Beban angin - beban angin pada bangunan adalah dalam bentuk beban yang seragam (distributed) yang boleh bertindak pugak dari permukaan bangunan atau selari dengannya.
Getaran dan gempa bumi - kesan yang tepat dari gempa bumi adalah pergerakan / getaran bumi yang berlaku dari kejutan gelombang dari pusat gempabumi. Getaran boleh menyebabkan masalah kepada bangunan serta penghuninya.
b. Konstruksi serta perletakannya
Komponen-komponen yang harus diperhatikan selain beban eksternal adalah beban reaksi akibat beban luar pada suatu konstruksi.
Gaya reaksi ini berasal dari perletakan yang terdapat pada suatu konstruksi yang berfungsi untuk menyimbangi gaya-gaya luar yang bekerja pada konstruksi tersebut. Di statika dikenalkan tiga tipe perletakan dasar, dengan sejumlah reaksi perletakan masing-masing.
Perletakan Rol (roller support) : Perletakan ini hanya memiliki satu gaya reaksi yang arahnya tegak lurus permukaan perletakan. Perletakan rol
dapat bebas bergerak secara translateral (samping) dan dapat berputar, tetapi tidak dapat bergerak sejajar arah reaksi perletakan.
Perletakan Sendi (pin support) : Perletakan ini memiliki dua gaya reaksi, satu dalam arah horizontal (Fx) dan satu lagi dalam arah vertikal (Fy), tetapi perletakan ini tidak dapat menahan momen (putaran) sehingga tidak mempunyai reaksi momen. Pada perletakan ini sistem tidak dapat mengalami translasi tetapi masih dapat mengalami putaran.
Perletakan Jepit (fixed support) : Perletakan ini memiliki tiga gaya reaksi, gaya reaksi dalam arah horizontal, gaya reaksi dalam arah vertikal, dan reaksi momen, sehingga perletakan ini dapat menahan translasi dalam segala arah dan rotasi.
2.2 Definisi Mekanika Bahan
Mekanika bahan merupakan ilmu yang mempelajari kaidah fisika tentang perilaku-perilaku suatu bahan apabila dibebani, terutama yang berkaitan dengan masalah gaya-gaya dalam yang terjadi pada bahan tersebut beserta turunan-turunannya. Mekanika bahan ini berhubungan erat dengan tegangan-tegangan. Hal tersebut disebabkan karena tegangan dan regangan merupakan konsep penting dalam peninjauan, baik peninjauan kekuatan maupun peninjauan kekakuan. Kedua hal tersebut merupakan hal pokok yang tidak dapat dipisahkan dan bekerjanya suatu beban terhadap suatu bahan.
Kekuatan sebuah bahan dapat diukur dengan tegangan maksimum yang bisa ditahannya. Kekuatan yang seperti ini disebut dengan tegangan runtuh. Kekuatan dari sebuah elemen bisa diukur dari gaya dalam maksimal yang dapat ditahannya. Ini
tergantung pada kekuatan dari bahan penyusunnya serta ukuran dan bentuk penampangnya. Kekuatan puncak dari sebuah elemen bisa dicapai pada saat tingkat tegangan melebihi tegangan runtuh dari sebuah bahan.
Besarnya tegangan lentur dari suatu titik dalam elemen tergantung pada 4 faktor, yaitu: momen lentur pada penampang dimana titik tersebut berada, ukuran penampang, bentuk penampang, serta tempat titik itu di dalam penampang. Hubungan keempat faktor tersebut menyebabkan ketegangan lentur pada level apapun pada suatu penampang disuatu elemen dapat dihitung dari momen lentur penampang tersebut.
Sedangkan untuk memahami penyebab timbulnya regangan, kita perlu memahami bagaimana bahan struktur bereaksi jika beban bekerja terhadapnya. Jika suatu keadaan tanpa beban berada dalam keadaan diam, maka benda tersebut memiliki panjang tertentu dan menempati suatu volume tertentu. Sedangkan hubungan antara tegangan dan regangan adalah satu dari sifat-sifat dasar material.
Selain itu, grafik beban dan perpindahan untuk struktur secara menyeluruh serupa dengan grafik untuk tegangan dan regangan dari bahan yang dipakai untuk membuat struktur tersebut. Ini menjelaskan bahwa ketika tegangan dalam suatu bahan di struktur yang menyeluruh berada dalam daerah elastis, maka grafik beban lendutan untuk struktur tersebut adalah garis lurus dan perilaku struktur tersebut dikatakan linier.
2.2.1 Defleksi balok
Deformasi balok biasanya dinyatakan dalam bentuk lendutan dari posisi semula yang berpindah. Defleksi diukur dari permukaan bidang netral balok sebelum berdefleksi ke permukaan netral balok yang berdefleksi. Konfigurasi diasumsikan oleh permukaan netral terdefleksi yang dikenal sebagai kurva elastis balok. Banyak metode yang tersedia untuk menentukan defleksi balok.
Metode-metode ini meliputi:
Sebuah balok yang dibebani lentur akan mengalami tegangan tarik di satu sisi dari garis netral dan tegangan tekan di sisi lainnya. Serat yang mengalami tegangan tarik akan memanjang dan serat yang mengalami tegangan tekan akan memendek.
Kondisi ini menyebabkan balok melengkung dan oleh karenanya berdefleksi (titik-titik pada balok berpindah) dari posisi kondisi awal saat balok belum terbebani. Jika sebuah balok berdefleksi maka posisi melengkung diasumsikan oleh bidang netral yang umumnya disebut sebagai kurva elastis.
Jari-jari lengkungan dari sebuah titik sembarang pada kurva elastis adalah sama dengan jari-jari dari sebuah lingkaran yang bersesuaian dengan kurva elastis tersebut. Pada umumnya, kurva elastis dari balok yang dibebani tidak berbentuk lingkaran. Bagaimanapun untuk ukuran yang sangat kecil lengkungan tersebut dapat dianggap sebagai lingkaran.
2.2.3 Hubungan Tegangan dan Regangan Definisi Tegangan:
“Tarikan” internal dalam benda padat, atau TEGANGAN, dapat didefinisikan dengan cara yang serupa dengan yang dijelaskan sebelumnya. Bayangkan irisan melintang sembarang dibuat pada benda padat sehingga membentuk free- body seperti terlihat pada gambar.
Perhatikan suatu “tarikan” eksternal V yang
menunjukkan gaya per satuan luas dan bekerja pada permukaan benda. “Tarikan” V adalah vektor terikat, artinya V tidak dapat bergeser sepanjang garis kerjanya sambil tetap mempertahankan makna keberadaannya.
Dengan kata lain, vektor tarik tidak dapat digambarkan sebagaimana adanya kecuali jika baik gaya maupun permukaan dimana gaya bekerja telah ditetapkan.
Tarikan permukaan akan muncul pada permukaan yang terekspose, serupa dengan tarikan eksternal yang bekerja pada permukaan luar benda padat. Tegangan pada titik P dapat didefinisikan menggunakan persamaan yang sama sebagaimana persamaan V sebelumnya. Oleh karena itu, tegangan dapat diinterpretasikan sebagai “tarikan” internal yang berkerja pada bidang acuan internal yang didefinisikan. Kita tidak dapat mengukur tegangan tanpa sebelumnya menetapkan terlebih dahulu bidang acuannya.
Untuk merancang struktur yang dapat berfungsi pemahaman tentang perilaku mekanikal dari material/bahan yang digunakan. Satu cara untuk mengetahui perilaku bahan ini adalah dengan memberikan beban kepadanya yaitu melalui eksperimen di laboratorium, yang disebut uji tarik unasial.
Setiap badan material/bahan akan berdeformasi jika pada badan itu dibebani dengan gaya luar.
– Deformasi ini disebut elastis jika benda dalam keadaan hilang segera setelah beban dihilangkan.
– Deformasi disebut plastis jika benda dalam keadaan (Stress-Strain Relationship)dengan baik, maka kita memerlukan
tarik uniaksial. Reversible, yaitu jika deformasi irreversible atau permanen.
Tegangan,σ = A P Regangan,ε = L Δ
2.2.4 Statis Momen dan Titik Berat
Besaran atau properti yang pertama kali dibahas adalah titik berat penampang dan inersia penampang. Berkaitan dengan berat sebuah badan dapat dipahami bahwa bumi mengeluarkan gaya gravitasi pada setiap partikel pembentuk sebuah benda.
Gaya-gaya ini dapat digantikan oleh sebuah gaya ekivalen yang sama dengan berat benda dan diaplikasikan pada pusat gravitasi (center of gravity) dari benda.
Sentroid/titik berat dari sebuah luasan adalah analogi dari pusat gravitasi sebuah benda. Konsep momen pertama (statis momen) atas masa sebuah luasan digunakan untuk mencari lokasi sentroid ini. Untuk menjelaskan pusat grafitasi sebuah pelat dapat digambarkan sebuah pelat tanpa tebal yang memiliki masa merata pada seluruh penampang pelat seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
2.2.5 Momen Inersia
Momen inersia atau juga disebut debagai momen kedua (second moment) dari sebuah area penampang dapat digunakan untuk memprediksi kemampuan bbalok untuk menahan lentur dan defleksi. Defleksi balok akibat beban bergantung tidak saja pada beban, tetapi juga pada geometri dari penampang melintang balok. Hal inilah yang menyebabkan balok dengan momen inersia yang lebih tinggi, seperti balok-I, seringkali terlihat pada konstruksi bangunan. Dengan cara yang sama, momen inersia polar merupakan suatu sifat yang dimiliki benda untuk menilai kemampuannya menahan torsi (momen puntir).
Momen inersia didefinisikan sebagai berikut:
Yang dimaksud dengan MOMEN INERSIA (momen lembam) dari suatu penampang terhadap suatu sumbu adalah hasil perkalian antara luas penampang tersebut dengan
kuadrat jarak tegak lurus antara titik berat penampang terhadap sumbu yang bersangkutan.
Ix adalah momen inersia bidang A terhadap sumbu x Iy adalah momen inersia bidang A terhadap sumbu y
2.3 Contoh Umum Statika dan Mekanika Bahan
Contoh-contoh Konstruksi Lengkap dengan Pembebanan dan Reaksinya:
Gambar-gambar berikut adalah contoh-contoh struktur jembatan yang didesain dengan menggunakan konsep-konsep dasar yang pelajari dalam statika.
Jembatan sederhana menggunakan konsep Metode konstruksi kantilever untuk balok diatas dua tumpuan jembatan
Sedangkan titik aplikasi bisa di gambarkan sebagai berikut dimana sebuah jembatan sederhana yang didukung oleh tumpuan kiri dan tumpuan kanan. Jika gaya yang bekerja posisinya dekat dengan tumpuan yang sebelah kiri (gaya direpresentasikan oleh garis penuh) maka kita dapat merasakan bahwa tumpuan yang kiri akan menerima gaya yang lebih besar dari tumpuan yang sebelah kanan.
Sebaliknya jika gaya yang bekerja dekat dengan tumpuan yang sebelah kanan (gaya
direpresentasikan oleh garis putus-putus) maka tumpuan sebelah kanan yang akan menerima gaya yang lebih besar. Disini terlihat bagaimana merubah titik aplikasi dari gaya merubah reaksi yang terjadi dari sistem struktur.
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Pada dasarnya kedua ilmu yang telah dijelaskan diatas yakni Statika dan Mekanika Bahan adalah ilmu yang bekerja pada bidang yang sama yaitu kesipilan.
Yang berkonsentrasi pada sebuah struktur bangunan yang kuat. Maka ketika kita menginginkan sebuah bangunan yang kokoh, orang-orang sipil diharuskan mempelajari statika dan mekanika bahan terlebih dahulu sebagai dasar dari ilmu-ilmu bangunan lainnya. Pada intinya meskipun statika membahas hal-hal yang relatif mudah, bukan berarti pengetahuan saja yang didapat ketika mempelajari ilmu ini, melainkan dengan menghitung, mengukur dan mengaplikasikannya pada sebuah bangunan, jelas banyak juga struktur-struktur penting yang telah berhasil dibangun dan beroperasi.
3.2 Saran
Karena ilmu Statika dan Mekanika Bahan ini berada dilevel pertama Universitas, maka tentunya ilmu ini menjadi dasar bagi mahasiswa/i sipil untuk lebih mengenal tentang sipil dengan sungguh-sungguh. Yaitu dengan lebih banyak mempelajari baik dalam hitungan, pengukuran, perancangan diharapkan nantinya mahasiswa/i sipil ini bisa menjadi seorang engeener atau pun tenaga pendidik yang handal.