Memahami Tegangan dan Momen pada Konstruksi
Pada bab sebemumnya telah dipelajari mengenai pengujian logam dengan cara merusak seperti pengujian tarik, pengujian pukulan takik, pengujian kekerasan. Pengujian yang dimaksudkan untuk mengetahui batas kekuatan dan sifat-sifat mekanik suatu logam.
Tegangan yang terjadi pada komponen akibat pembebanan yang berlebih dapat mengakibatkan terjadinya kerusakan/patah. Demikian pula dalam suatu konstruksi juga mengalami tegangan akibat adanya beban-beban yang bekerja. Maka setelah mempelajari bab ini, diharapkan kamu dapat memiliki pengetahuan dan pemahaman mengenai tegangan dan momen yang terjadi pada konstruksi.
Bagan Materi Pembelajaran
Kata Kunci : Tegangan, Momen, Gaya, Regangan
A. Tegangan
Pernahkah kamu mengamati proses
pengangkatan material seperti gambar disamping? Untuk dapat mengangkat beban
berat, dibutuhkan konstruksi yang tersusun dari bahan baja yang juga memiliki
kekuatan. Salah satu penerapannya adalah pada rantai baja.
Dalam baja yang digunakan terdapat
sifat-sifat mekanik material seperti kekuatan, kekerasan, kekakuan, batas
kelelahan, dan sebagainya yang memiliki peran penting untuk menunjang
terbentuknya konstruksi yang kokoh dan kuat.
Ketika pembebanan, pada konstruksi
akan terjadi tegangan-tegangan, semakin kecl beban maka tegangan yang terjadi
juga kecil, dan sebaliknya. Tegangan-tegangan yang terjadi dalam suatu material
dan struktur dapat menyebabkan deformasi dan kerusakan ketika tegangan melebihi
batas kekuatan konstruksi dan bahan.
Sebagai contoh, perhatikan
perubahan-perubahan yang terjadi pada spesimen pengujian tarik berikut ini:
Pada gambar diatas, deformasi mulai
terjadi ketka adanya beban (tarikan) yang bekerja, sehingga menyebabkan batang
bertambah panjang dan mengecilnya penampang, sehingga terjadi patah. Terjadinya
deformasi karena adanya tegangan pada batang akibat gaya tarikan yang membesar
sampai batas maksimalnya.
Dalam hal ini kerusakan batang tidak
terjadi secara langsung, namun didahului dengan gejala-gejala berupa deformasi
dan perubahan bentuk dan ukuran.
Terjadinya deformasi (perubahan
bentuk) pada material maupun konstruksi sangat berkaitan erat dengan tegangan
dan regangan.
Video Tarikan Pegas
Pengetahuan tegangan yang terjadi
pada material dan konstruksi merupakan salah satu hal yang paling penting
dipahami oleh seorang perancang. Tegangan merupakan salah satu faktor penentu
kokoh atau tidaknya suatu konstruksi. Maka besarnya tegangan pada bahan harus
diketahui sebagai dasar dalam melakukan perancangan.
Adapun pembahasan mengenai tegangan,
meliputi : tegangan normal dan tegangan geser
1. Tegangan
Normal
Telah diketahui bahwa tegangan
terjadi karena adanya gangguan berupa gaya gaya yang bekerja pada batang yang
berakibat terjadninya deformasi.
Besarnya tegangan dapat dihitung
dengan membandingkan antara gaya yang bekerja terhadap luasan,sebagaimana
persamaan berikut ini :
σ=F/A
Keterangan :
σ = Tegarangan (N/m2) = Pa (Pascal)
F = Gaya (N)
A = Luas Penampang (m2)
Tegangan normal merupakan tegangan
yang arah beban sejajar dengan batang material. Berdasarkan jenis gaya yang
bekerja, tegangan normal dibedakan menjadi dua, yaitu :
a. Tegangan
Tekan
Tegangan tekan dapat terjadi apabila
gaya-gaya yang bekerja menuju ke arah batang, sehingga batang menjadi tertekan.
Bedasarkan ilustrasi diatas, dapat
dijelaskan bahwa deformasi yang terjadi berupa batang menjadi pendek dan
penampang menjadi lebih besar, padat dan keras.
b. Tegangan
Tarik
Tegangan tarik terjadi ketika adanya
gaya tarik pada kedua ujung batang, sehingga batang terjadi deformasi
pertambahan panjang dan penampang mengecil
Seiring bertambahnya panjang batang
mengalami regangan, yakni perbandingan antara pertambahan panjang pada daerah
elastisitas dengan panjang awalnya.
ε=∆L/L
Keterangan :
ε = Regangan (dibaca epsilon)
∆L= Selisih Panjang akhir dan awal
L =Panjang Awal
Berdasarkan tegangan dan regangan
pada material, maka dapat diketahui modulus elastisitas material/modulus young
(E) melalui persamaan berikut :
E=σ/ε
Keterangan :
E = Modulus elastisitas (N/m2)
ε = Regangan (dibaca epsilon)
σ = Tegarangan (N/m2) = Pa (Pascal)
2. Tegangan
Geser
Tegangan geser merupakan tegangan
yang bekerja dalam arah tangensial terhadap permukaan benda. Tegangan geser
memenuhi persamaan berikut :
Ï„=F_s/A
Keterangan :
Ï„ = Tegangan Geser (N/m2)
F_s = Beban/Gaya (N)
A = Luas Penampang (m2)
Tegangan geser terjadi pada suatu
benda ketika terdapat dua gaya atau lebihh yang bekerja dengan arah yang
berlawanan dan berimpit.
Tegangan geser menyebabkan perubahan
bentuk elemen dimana elemen yang semula berbentuk persegi berubah bentuk
menjadi miring dengan kemiringan tertentu.
Perubahan sudut dalam kondisi ini disebut sebagai regangan geser dan dinyatakan dengan γ.
Rasio antara tegangan geser (τ) dengan regangan geser γ disebut modulus elastis geser (G) dan dinyatakan dengan persamaan berikut.
G= τ/γ
Keterangan :
G = Modulus Elastisitas geser (N/m2)
Ï„= Tegangan Geser (N/m2)
γ = regangan geser
B. Momen
Pada materi subbab kedua ini, kamu
akan mempelajari mengenai momen gaya. Cobalah kamu perhatikan bagaimana
seseorang yang menghidupkan mesin diesel dengan cara memutar poros engkol
terlebih dahulu. Bagaimanakah gerakan engkol ketika memutar poros tersebut?.
Ya, ketika memutar poros akan terbentuk suatu gerakan rotasi terhadap satu
titik sumbunya. Dalam gerakan rotasi terdapat momen gaya atau torsi yang
bekerja terhadap poros tersebut.
Gerakan rotasi merupakan salah satu
bentuk gerakan yang terjadi yang diakibatkan oleh gaya. Terjadinya gerakan
rotasi (putaran) merupakan hasil kerja dari gaya terhadap satu titik(sumbu),
yang selanjutnya disebut momen gaya.
Secara matematis, mmen gaya dapat
dihitung dengan persamaan sebagai berikut.
M = F.L
Keterangan :
M = Momen Gaya (Nm)
F = Gaya (N)
L = Jarak gaya terhadap titik pusat
(m)
Momen memiliki besaran dan arah yang
searah dengan garis kerjanya terletak sepanjang sumbu putarnya. Momen dapat
diberi tanda positif atau negatif bergantung dari perjanjian yang umum. Suatu momen
adalah positif (+) jika momen itu berputar searah jarum jam, dan berharga
negatif (-) jika berputar berlawanan arah putaran jarum jam.
Telah dipahami bahwa dalam konsep
momen, posisi gaya selalu tegak lurus terhadap titik sumbu putarnya, maka
apabila terdapat suatu gaya yang bekerja dengan kemiringan tertentu maka dalam
perhitungan momen gaya tersebut harus ditegakluruskan terhadap titik pusatnya. Perhatikan
gambar berikut !.
Untuk menghitung momen dari gaya F
yang membetuk kemiringan tertentu adalah :
M=F.sin α .L
Keterangan :
M = Momen Gaya (Nm)
F= Gaya (N)
L = Jarak gaya terhadap titik pusat
(m)
α= Kemiringan gaya (0)
Selain itu, contoh penerapan momen
adalah pada pembuatan ulir, seperti gambar 11.16.
Dalam pembuatan ulir, tap diputar
sambil ditekan hingga terbentuk ulir pada pelat. Ketika pemutaran tap ulir,
maka terjadi momen seperti gambar 11.17
Pada gambar diatas dijelaskan bahwa
terdapat dua gaya yang bekerja pada jarak L secara berlawanan arah
mengakibatkan gerak rotasi dan terjadi momen kopel.
Sebagai contoh, apabila diketahui
gaya tangan sebesar 30N, panjang lengan 20cm, serta berputar searah jarum jam,
maka besarnya momen gaya dapat dihitung sebagai berikut :
Diketahui : F = 30 N
L = 20 cm = 0,2m
Jawab : M = F x 2L
M = 30 x 2 x 0,2 = 12Nm