Gaya Dalam Mekanika Rekayasa

Pada umumnya, bangunan terdiri dari struktur beton, kayu, baja dan lain-lain. Untuk mengetahui dimensi atau ukuran struktur tersebut, sehingga kuat dan efektif digunakan, maka perlu perhitungan terperinci mengenai sistem pembebanannya.

Mekanika rekayasa atau analisa struktur, merupakan bidang ilmu utama yang dipelajari teknik sipil. Pokok utama dari initersebut adalah, mempelajari perilaku struktur terhadap beban yang bekerja padanya.

Perilaku struktur tersebut umumnya adalah lendutan dan gaya-gaya (gaya reaksi dan gaya internal). Sehingga dalam mempelajari perilaku struktur maka hal-hal yang banyak dibicarakan adalah :

-   Stabilitas
-   Keseimbangan gaya

-   Kompatibilitas antara deformasi dan jenis tumpuannnya elastisitas

 

Baca Juga : Beda Konstruksi Statis Tertentu Dan Statis Tak Tentu

Dengan mengetahui gaya-gaya dan lendutan yang terjadi maka selanjutnya struktur tersebut dapat direncanakan atau diproporsikan dimensinya berdasarkan material yang digunakan sehingga aman dan nyaman (lendutannya tidak berlebihan) dalam menerima beban tersebut.

Sistem gaya memiliki filosofi alami dalam kehidupan sehari-hari. Contoh sederhananya, seperti ada 2 orang, katakanlah si A dan Si B. Si A bertubuh kecil, sedangkan si B lebih besar.

Kekuatan keduanya tentu berbeda, baik postur tubuh, maupun kekuatan dalam mengangkat beban. Jika keduanya diberi beban yang sama semisal, 10 Kg, maka akan terlihat tangan keduanya tampak tertegang.

Akan tetapi tangan si A cenderung akan lebih tegang, dan urat tangannya akan terlihat menonjol keluar. Namun pada si B, hal itu tidak terjadi.

Penyebabnya adalah, karena adanya gaya dalam, sehingga menimbulkan reaksi tegang pada kedua tangan orang tersebut. Namun, reaksi si A dan si B berbeda. Karena beban keduanya sama, tapi kekuatan berbeda.

Sederhananya, jika si A dengan kekuatan 30 kg, diberikan beban 10 kg, yang sama dengan si B yang mempunyai kekuatan 60 kg, maka si A mengangkat beban sebesar 1/3 dari kekuatannya, sedangkan si B hanya 1/6 nya.

Jadi, si A akan merasakan gaya dalam cenderung lebih besar dibanding si B. Karena jika harus disamakan, maka seharusnya si B diberikan beban 1/3 dari beban yang mampu ia angkat, yaitu sebesar 2 kali lipat dari si A.

Maka dengan kondisi demikian, baik si A maupun si B, menerima reaksi dari beban yang sama dan seimbang. Tangan keduanya akan terlihat sama, walaupun postur tubuhnya berbeda.

Mekanika bukan soal besaran atau satuan, tapi keseimbangan aksi maupun reaksi, beban dan tumpuan perletakan. Gaya dalam bekerja pada titik berat sepanjang garis struktur. Untuk menghitung gaya dalam ini diperlukan pengertian tanda.

 

Baca Juga : Perjanjian Tanda Gaya Mekanika Rekayasa

Gaya dalam konstruksi pada umumnya ada 3 jenis sebagai berikut :

1. Gaya normal (N), yaitu gaya dalam yang bekerja searah sumbu balok.
2. Gaya lintang (L), yaitu gaya dalam yang bekerja tegak lurus sumbu balok.
3. Momen lentur (M), yaitu gaya dalam yang menahan lemtur sumbu balok

Analisis hitungan gaya dalam,  dan urutan hitungan ini dapat diuraikan secara singkat sebagai berikut:

1.    Menetapkan konstruksi, menjadi suatu sistem yang memenuhi syarat yang diminta.
2.    Menetapkan muatan yang bekerja pada konstruksi ini.
3.    Menghitung keseimbangan luar.
4.    Menghitung keseimbangan dalam.
5.    Memeriksa kembali semua hitungan.

Dengan syarat demikian konstruksi yang dibahas akan digambarkan sebagai suatu garis sesuai dengan sumbu konstruksi, yang selanjutnya disebut Struktur. Mari bahas satu persatu mengenai ketiga gaya tersebut.

 

Baca Juga : Pengertian Gaya Dalam Ilmu Fisika

Momen (M)

Momen adalah hasil kali antara gaya dengan jarak (Jarak garis lurus dengan garis kerjanya). Seperti gambar berikut ini adalah Bending Momen Diagram (BMD) dengan cara grafis.

Dari gambar tersebut, maka pada titik C, terjadi momen sebesar M = RA . La atau RA . 1/2 L.

Bidang momen diberi tanda positif jika bagian atau bagian dalam mengalami tarikan. Bidang momen positif diarsir tegak lurus sumbu batang yang mengalami momen.

Sebaliknya, apabila yang mengalami tarikan pada bagian atas, atau luar bidang momen, maka diberi tanfda negatif. Bidang momen negatif diarsir sejajar atau tegak lurus dengan sumbu batang.

Perlu diketahui bahwa, momen yang berputar kekanan, belum tentu positif. Dan momen yang berputar kekiri belum tentu negatif. Oleh karena itu, perjanjian tanda perlu diperhatikan dengan teliti.

 

Baca Juga : Tumpuan Perletakan Mekanika Rekayasa

 

Gaya Lintang (L)

Gaya lintang adalah susunan gaya yang tegak lurus dengan sumbu batang. Seperti pada gambar Shear Forces Diagram (SFD) berikut :

Penggambaran shear forces diagram (SFD) dengan cara grafis diatas, menunjukan bahwa, tanda positif jika searah dengan jarum jam, dan tanda negatif jika berlawanan arah jarum jam.

Nilai gaya lintang akan positif jika perputaran gaya yang bekerja, searah dengan jarum jam dan diarsir tegak lurus dengan sumbu gaya yang menerima beban melintang.

Sebaliknya, jika perputaran gaya yang bekerja berlawanan dengan perputaran jarum jam, maka diberi tanda negatif dan diarsir sejajar dengan sumbu batang.

Gaya Normal (N)

Gaya normal adalah, gaya yang garis kerjanya berimpit/sejajar dengan sumbu batang. Seperti pada gambar Normal Forces Diagram (NFS) berikut :

Penggambaran gaya norma diatas ditentukan positif, jika gaya normal tarik. Sedangkan negatif jika gaya normal tekan.

Gambar tersebut menunjukan adanya gaya normal, diakibatkan adanya beban sebesar Pα. Yang apabila diuraikan gayanya, menjadi gaya vertikal dan horisontal.

Selanjutnya, gaya arah horisontal (arah kiri), akan dilawan oleh gaya PH (arah kekanan), sehingga timbul gaya normal tekan (negatif), yang disebabkan serat balok tersebut tertekan (memendek).

Berikut ini, sekilas mengenai hubungan momen, gaya lintang dan gaya normal, suatu struktur sederhana yang dibebani muatan penuh terbagi rata.

Gaya momen dapat dihitung sebagai berikut :

Mm = Va.x – ½ qx² = ½ qlx – ½ qx²

Lm = ½ ql – qx

Gaya normal dapat dihitung sebagai beriut :

Mn = Va (x + dx) – 1/2q (x + dx)²
Ln  = ½ qL – q (x + dx)

Persamaan tersebut dapat ditulis  Pula sebagai:

 Mn = Mm + dM = Mm + Lm.dx – q.dx.1/2 dx

 Ln = Lm + dL = Lm – q.dx

Persamaan tersebut setelah diselesaikan didapat:

dM/dx = Lx

dL/dx = - q

Kiranya, perlu ditambahkan bahwa perubahan nilai beban ditiap titik adalah tetap, yang berarti dq/dx = 0. Dengan demikian, terbukti adanya hubungan antara muatan, gaya lintang dan momen.

Hubungan itu tampak pula pada persamaan-persamaan di atas, yaitu: gaya lintang merupakan fungsi turunan dari momen ,dan beban merupakan fungsi turunan dari gaya lintang.

Atau sebaliknya gaya lintang merupakan jumlah integrasi dari beban, dan momen merupakan jumlah integrasi dari gaya lintang.


Sumber Referensi :
D:Vero/JuTA/Akademik/BahanKuliah/Sem-1/MekTek01