Tegangan Normal
Pengetahuan dan pengertian tentang bahan dan perilakunya jika mendapat gaya atau beban sangat dibutuhkan di bidang teknik bangunan. Jika suatu batang prismatik, dengan luas tampang seragam di sepanjang batang, menerima beban atau gaya searah dengan panjang batang, maka gaya tersebut akan menimbukan tegangan atau tekanan pada tampang batang. Tegangan atau tekanan merupakan besaran gaya per satuan luas tampang. Sehingga besar tegangan yang dialami batang prismatik tersebut masing-masing sebesar T/A dan P/A. Pada gambar, A merupakan luas tampang melintang batang yang dikena T atau P pada .
Jika batang tersebut menerima gaya tarikan (Gambar), maka akan timbul tegangan tarik. Sedang jika batang menerima gaya tekan, (Gambar) akan menyebabkan tegangan tekan pada tampang melintang batang. Tegangan dinyatakan dengan simbol σ. Secara umum besaran tegangan dapat ditulis dengan formula sebagai berikut.
σ = P / A
Dimana:
σ = Tegangan
P = Besarnya gaya
A = Luas tampang
Menurut Hukum Hooke, setiap batang bahan akan berubah mengalami perubahan bentuk (deformasi), baik perpanjangan atau perpendekan saat menerima gaya. Bertambah panjang jika menerima tegangan tarik, bertambah pendek jika menerima gaya tekan. Perubahan panjang – pendek batang, diberi symbol δ, dipengaruhi oleh pajang batang, tegangan yang terjadi, dan modulus elastisitas dari bahan (E). Besaran perubahan akibat gaya tersebut dapat ditulis dengan formula sebagai
berikut.
..
δ = ε L
Dimana :
δ = Perubahan panjang : perpanjangan / perpendekan
ε = Regangan bahan = σ/E
L = Panjang Batang
E = Modulus elatisitas bahan
Tegangan Geser (Shear)
Jika gaya normal/tangensial merupakan gaya sejajar arah memanjang batang, gaya geser merupakan gaya yang berarah tegak lurus dengan panjang batang. Ilustrasi geseran ditunjukkan pada Gambar. Batang vertikal pada gambar tersebut menerima geseran di dua bagian potongan m dan potongan n. Besaran tegangan geser dinyatakan dengan simbol τ dalam satuan. Jika besaran gaya geser (S) dikerjakan pada batang akan menimbulkan tegangan geser (τ) dengan formula sebagai berikut.
τ = S / A
Dimana :
τ = Tegangan geser (kg/mm2, kg/cm2, ton/m2
S = Gaya geser (kg, ton)
A = luas tampang tergeser (mm2, cm2, m2)
Tegangan Torsi (Puntir)
Terkadang suatu komponen struktur menerima puntiran, kopel puntir atau momen puntiran. Puntiran tersebut menimbulkan tegangan geseran yang disebut sebagai tegangan geser puntir. Ilustrasi batang yang mengalami torsi ditunjukkan pada Gambar
Besarnya tegangan yang diakibatkan oleh momen puntir/torsi pada tampang batang lingkaran dan lingkaran berlubang dituliskan dengan formula sebagai berikut.
τ = T . r / Ip
Dimana :
τ = Tegangan geser torsi
T = Besaran momen torsi
r = Jari-jari batang terputir
Ip = Momen inersia polar tampang tergeser:
Ip = π d4/32 untuk lingkaran pejal
Ip = π/32(d2 4-d14) untuk lingkaran berlubang
Tegangan Lentur pada Balok
Balok merupakan struktur yang menerima beban tegak lurus terhadap arah panjang. Karenanya balok umumnya mengalami lenturan dan geseran pada bagian di dekat dudukan. Gaya geser, sering disebut gaya lintang akan menyebabkan tegangan geser. Gambar menunjukkan diagram geser balok yang terjadi di sepanjang batang. Ditunjukkan pula diagram gaya momen yang menyebabkan lenturan pada balok. Momen penyebab lenturan tersebut disebut sebagai momen lentur.
Gaya geser dan momen lentur tersebut akan menyebabkan tegangan geser dan tegangan lentur. Tegangan lentur maksimum seperti terjadi pada batang tepat di bawah P, berjarak a dari dudukan A. Diagram momen lentur maksimum terjadi pada titik dimana geseran memiliki nilai = 0. Sedangkan geseran maksimum terjadi umumnya di daerah dudukan. Pada gambar gaya lintang masimum/ D maks terjadi di atas dudukan B.
Terdapat dua macam momen lentur, momen lentur positif dan momen lentur negatif. Tampang balok yang mengalami lenturan positif akan mengalami tegangan dengan arah sejajar panjang batang (tegangan normal). Di bagian atas sumbu tengah tampang akan mengalami tegangan tekan (Compression Stress). Bagian bawah sumbu tampang mengalami tegangan tarik (tension stress).
Sedangkan tampang dengan lenturan negatif berlaku kebalikannya, tegangan tarik di bagian atas dan tegangan tekan di bagian bawah sumbu tampang. Besaran tegangan akibat lenturan pada balok dapat ditulis dengan formula sebagai berikut.
σ = M.y/I
Dimana:
σ = tegangan lentur yang terjadi pada batang
M = Momen lentur yang dialami balok
y = Jarak serat terjauh dari sumbu tampang
I = Momen inersia tampang balok
= 1/12 b h3 untuk tampang persegi panjang dengan lebar b dan tingg h
= π d4/64 untuk tampang lingkaran
Tegangan Geser pada Balok
Balok yang menerima lentur dapat mengalami geseran ke arah memanjang. Ilustrasi perilaku balok yang mengalami geseran pada arah memanjang beserta diagram tegangan geser yang terjadi ditunjukkan seperti pada Gambar
Tegangan geser paling besar terjadi pada garis netral tampang.
Besaran tegangan geser maksimum ke arah memanjang balok dengan tampang persegi panjang ditunjukkan gambar 3.53, dapat dihitung dengan formula sebagai berikut.
τmaks = 3 V / 2A
Dimana:
V = Gaya geser / gaya lintang
A = Luas tampang melintang batang
= b.h untuk tampang persegi panjang
Sedangkan formula tegangan geser maksimum yang terjadi untuk tampang lingkaran adalah sebagai berikut.
τmaks = 4 V/ 3πr2 = 4 V / 3A
Dimana:
V = Gaya geser / gaya lintang
A = Luas tampang melintang batang
= πr2 untuk tampang lingkaran
Pertanyaan pemahaman:
1. Sebutkan dan uraikan klasifikasi sistem-sistem struktur?
2. Sebutkan dan uraikan elemen-elemen utama sistem struktur??
3. Sebutkan kriteria sebuah desain struktur?
4. Jelaskan beban-beban yang perlu diperhitungkan dalam desain struktur?
5. Sebutkan dan jelaskan gaya-gaya yang bekerja dalam suatu sistem struktur?
6. Bagaimanakah langkah dan cara untuk menguraikan dan menggabungkan gaya?
7. Untuk Statika balok sederhana:
Hitung reaksi-reaksinya, dan lengkapi dengan gambar diagram N, D dan M!
8. Analisis rangka batang:
Hitung seluruh gaya batang, dengan cara analitis maupun grafis.
