mektek tugas
TRANSCRIPT
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 1/13
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 TINJAUAN PUSTAKA
1.2 PENGANTAR MEKANIKA
Mekanika adalah salah satu cabang ilmu dari bidang ilmu fisika yang
mempelajari gerakan dan perubahan bentuk suatu materi yang diakibatkan oleh
gangguan mekanik yang disebut gaya. Mekanika adalah cabang ilmu yang tertua dari
semua cabang ilmu dalam fisika. Tersebutlah nama-nama seperti Archimides (287-212
SM), Galileo Galilei (1564-1642), dan Issac Newton (1642-1727) yang merupakan
peletak dasar bidang ilmu ini.
Galileo adalah peletak dasar analisa dan eksperimen dalam ilmu dinamika.
Sedangkan Newton merangkum gejala-gejala dalam dinamika dalam hukum-hukum
gerak dan gravitasi.
Mekanika teknik atau disebut dengan mekanika terapan adalah ilmu yang mempelajari
penerapan dari prinsip-prinpsip mekanika. Mekanika terapan mempelajari analisis dan
disain dari sistem mekanik.
Biomekanika didefinisikan sebagai bidang ilmu aplikasi mekanika pada system
biologi. Biomekanika merupakan kombinasi antara disiplin ilmu mekanika terapan
dan ilmu-ilmu biologi dan fisiologi. Biomekanika menyangkut tubuh manusia dan
hampir semua tubuh mahluk hidup. Dalam biomekanika prinsip-prinsip mekanika
dipakai dalam penyusunan konsep, analisis, disain dan pengembangan peralatan dan
sistem dalam biologi dan kedoteran.
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 2/13
Adapun penjelasan dan pemahaman lain mengenai mekanika adalah sebagai
berikut.
Mekanika berasal dari Bahasa Latin mechanicus, dari Bahasa Yunani
mechanikos, "seseorang yang ahli di bidang mesin" adalah jenis ilmu khusus yang
mempelajari fungsi dan pelaksanaan mesin, alat atau benda yang seperti
mesin.mekanika merupakan bagian yang sangat penting dalam ilmu fisika terutama
untuk ahli saints dan ahli teknik.
Mekanika (Mechanics) juga berarti ilmu pengetahuan yang mempelajari
gerakan suatu benda serta efek gaya dalam gerakan itu.
Cabang ilmu Mekanika terbagi dua ; Mekanika Statik dan Mekanika Dinamik ,
sedangkan Mekanika Dinamik dapat dibagi dua pula , yaitu Kinematik dan Kinetik.
Sub-disiplin di mekanika
Di bawah ini adalah 2 daftar subjek yang dipelajari di mekanika.
Mekanika klasik
Berikut ini adalah digolongkan sebagai mekanika klasik:
Mekanika Newton, teori mengenai (kinematika) dan (dinamika)
Mekanika Hamilton
Mekanika Lagrang
Mekanika celestial
Astrodinamika, navigasi penerbangan, etc.
Solid mechanics, elastisitas, sifat-sifat benda elastis.
Mekanika fraktura
Akustik, suara
Statis,
Mekanika fluida, pergerakan cairanMekanika tanah, sifat-sifat mekanik dari tanah
Continuum mechanics
Hidrolika,sifat-sifat mekanika cairan
Fluida statis
Mekanika aplikasi atau Mekanika Teknik
Biomekanika, solid, fluida,
Biofisika, proses fisika dalam makluk hidup
Mekanika statistik
Relativitas atau mekanika Einstein, gravitasi
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 3/13
Mekanika kuantum
Beberapa kategori ini dikategorikan sebagai Mekanika kuantum:
Fisika partikel, pergerakan, struktur, dan reaksi partikel
Fisika nuklir, pergerakan, struktur, dan reaksi nucleus
Condensed matter physics
Mekanika kuantum statistik,
1.3 MEKANIKA SECARA UMUM
Mekanika teknik merupakan cabang langsung dari ilmu mekanika pada kajian
ilmu fisika, namun memasukkan unsur yang lebih mendekati kenyataan dan aspek
praktis. Ilmu mekanika teknik dipakai oleh berbagai bidang teknik sipil, teknik
mesin, teknik material, teknik penerbangan, teknik elektro, dan teknik struktur.
Area yang meliputi kajian mekanika teknik ialah
Statika, studi benda diam
Dinamika, studi efek beban pada pergerakan benda
Mekanika deformasi, mempelajari efek beban pada perubahan benda
Mekanika fluida, pergerakan benda alir
Mekanika tanah, studi kelakukan pergerakan tanah
Mekanika kontinuum, analisa benda bermasa kotinuum
Pengertian dan Definisi Mekanika Rekayasa. Mekanika Rekayasa adalah suatu
ilmu yang mempelajar tentang perilaku strukturterhadap beban yang berkerja padanya.
Sebagian besar bidang yang dipelajari dalam mekanika rekayasa adalah menyangkut
tentang gaya, baik gaya reaksi, gaya internal (gaya dalam) ataupun gaya eksternal
(gaya luar).
Mekanika rekayasa yang juga dikenal sebagai mekanika teknik merupakan bidang
ilmu utama yang dipelajari dalam ilmu teknik yang tujuan utamanya adalah untuk
mengetahui perilaku dari suatu struktur bila menerima suatu beban sehingga diketahui
kekuatan dari penampang dan perletakan yang diperlukan untuk merancang dimensi penampang dan perletakan suatu struktur.
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 4/13
Mekanika rekayasa dibagi menjadi 2, yaitu:
Mekanika statis tertentu
Mekanika statis tak tentu
Perbedaan dari mekanika statis tertentu dengan mekanika statis tak tentu adalah
terletak pada jumlah reaksi peletakan. Pada statis tertentu, jumlah reaksi peletakannya
3, sedangkan pada statis tak tentu jumlah reaksi peletakannya lebih dari 3.
1.4 STATIS TERTENTU
Mekanika Rekayasa atau juga disebut Mekanika teknik dibagi atas dua yaitu:
Statis Tertentu
Statis Tak Tentu
Statis tertentu dan statis tak tentu memiliki perbedaan pada jumlah reaksi
perletakannya, dimana statis tertentu jumlahnya adalah 3 dan statis tak tentu
jumlahnya lebih dari 3. Untuk menyelesaikan soal statis tak tentu biasanya statis tak
tentu diubah menjadi statis tertentu sehingga jumlah reaksi perletakannya adalah 3.
Bila reaksi perletakannya jumlahnya adlah 3 maka penyelesaian reaksi perletakannyalebih mudah seperti statis tertentu.
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 5/13
BAB II
ISI
2.1 SUB POKOK BAHASAN
Rangka batang adalah suatu struktur rangka dengan rangkaian batang-
batangberbentuk segitiga. Elemen rangka batang terbuat dari material kayu, baja,
aluminium,dan sebagainya. Dalam struktur rangka batang, dipilih bentuk segitiga
karena bentuk segitiga adalah suatu bentuk yang stabil, tidak mudah berubah.Dalam
struktur rangka batang, titik buhul sebagai sambungan tetap / stabil dianggap
berperilaku sebagai sendi. Untuk menyambung titik buhul digunakan platbuhul. Pada
struktur baja sambungan-sambungan pada plat buhul digunakan baut, pakukeling atau
las. Sedangkan pada konstruksi kayu menggunakan sambungan baut, pasak atau paku.
Gambar Bentuk Struktur Rangka Batang dan
Gambar Detail salah satu sambunganTitik Buhul
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 6/13
RANGKA BATANG
Suatu rangka batang bersifat statis tertentu bila jumlah gaya yang tidak
diketahui sekurang-kurangnya ada tiga dan jumlah anggota (batang) di dalam rangka
batang tersebut adalah m = 2j – r, di mana : j = jumlah titik hubung, dan r = jumlah
reaksinya.
Apabila suatu rangka batang memiliki sekurang-kurangnya tiga reaksi yang tidak
diketahui, dan jumlah anggotanya m lebih besar dari (2j – r), maka ia akan bersifat
statis taktentu, dan derajat ke-taktentu-annya adalah i = m – (2j – r)
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 7/13
Sifat Statis Tertentu dan Stabilitas Rangka Bidang
Sifat statis tertentu struktur rangka batang dapat dievaluasi untuk
kondisi eksternal yang berhubungan dengan banyaknya komponen reaksi dan kondisiinternal yang berhubungan banyaknya batang
Dengan memperhatikan proses pembentukannya, syarat statis tertentu internal struktur
rangka batang ditentukan sebagai berikut:
m = 2 j – r
keterangan:
m = banyaknya batang untuk syarat kestabilan internal
j = banyaknya titik
r = banyaknya reaksi perletakan untuk kestabilan eksternal
Apabila ma adalah banyaknya batang pada suatu struktur rangka batang, maka:
ma < m; rangka batang tidak stabil internal
ma = m; rangka batang statis tertentu internal
ma > m; rangka batang statis tak-tentu internal
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 8/13
Struktur Rangka Batang
Rangka batang adalah susunan elemen-elemen linier yang membentuk segitiga
atau kombinasi segitiga, sehingga menjadi bentuk rangka yang tidak dapat berubah
bentuk bila diberi beban eksternal tanpa adanya perubahan bentuk pada satu atau lebih
batangnya. Setiap elemen tersebut dianggap tergabung pada titik hubungnya dengan
sambungan sendi. Sedangkan batang-batang tersebut dihubungkan sedemikian rupa
sehingga semua beban dan reaksi hanya terjadi pada titik hubung.
Prinsip – prinsip Umum Rangka Batang
a. Prinsip Dasar Triangulasi
Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batang sebagai struktur
pemikul beban adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang
menghasilkan bentuk stabil. Pada bentuk segiempat atau bujursangkar, bila struktur
tersebut diberi beban, maka akan terjadi deformasi masif dan menjadikan struktur tak
stabil. Bila struktur ini diberi beban, maka akan membentuk suatu mekanisme
runtuh (collapse), sebagaimana diilustrasikan pada gambar berikut ini. Struktur yang
demikian dapat berubah bentuk dengan mudah tanpa adanya perubahan pada panjang
setiap batang. Sebaliknya, konfigurasi segitiga tidak dapat berubah bentuk atau runtuh,
sehingga dapat dikatakan bahwa bentuk ini stabil.
Pada struktur stabil, setiap deformasi yang terjadi relatif kecil dan dikaitkan dengan
perubahan panjang batang yang diakibatkan oleh gaya yang timbul di dalam batang
sebagai akibat dari beban eksternal. Selain itu, sudut yang terbentuk antara dua batang
tidak akan berubah apabila struktur stabil tersebut dibebani. Hal ini sangat berbeda
dengan mekanisme yang terjadi pada bentuk tak stabil, dimana sudut antara dua
batangnya berubah sangat besar.
Pada struktur stabil, gaya eksternal menyebabkan timbulnya gaya pada batang-batang.
Gaya-gaya tersebut adalah gaya tarik dan tekan murni. Lentur (bending) tidak akan
terjadi selama gaya eksternal berada pada titik nodal (titik simpul). Bila susunan
segitiga dari batang-batang adalah bentuk stabil, maka sembarang susunan segitiga
juga membentuk struktur stabil dan kukuh. Hal ini merupakan prinsip dasar
penggunaan rangka batang pada gedung. Bentuk kaku yang lebih besar untuk
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 9/13
sembarang geometri dapat dibuat dengan memperbesar segitiga-segitiga itu. Untuk
rangka batang yang hanya memikul beban vertikal, pada batang tepi atas umumnya
timbul gaya tekan, dan pada tepi bawah umumnya timbul gaya tarik. Gaya tarik atau
tekan ini dapat timbul pada setiap batang dan mungkin terjadi pola yang berganti-ganti
antara tarik dan tekan.
b. Analisa Kualitatif Gaya Batang
Perilaku gaya-gaya dalam setiap batang pada rangka batang dapat ditentukan
dengan menerapkan persamaan dasar keseimbangan. Untuk konfigurasi rangka batang
sederhana, sifat gaya tersebut (tarik, tekan atau nol) dapat ditentukan dengan
memberikan gambaran bagaimana rangka batang tersebut memikul beban. Salah satu
cara untuk menentukan gaya dalam batang pada rangka batang adalah dengan
menggambarkan bentuk deformasi yang mungkin terjadi. Mekanisme gaya yang
terjadi pada konfigurasi rangka batang sederhana . Metode untuk menggambarkan
gaya-gaya pada rangka batang adalah berdasarkan pada tinjauan keseimbangan titik
hubung. Secara umum rangka batang kompleks memang harus dianalisis secara
matematis agar diperoleh hasil yang benar.
Gaya-gaya batang pada struktur rangka batang dibawah ini sudah dihitung dengan
metode keseimbangan titik. Hasilnya ditunjukkan pada gambar.
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 10/13
Analisa Rangka Batang
a. Stabilitas
Langkah pertama pada analisis rangka batang adalah menentukan apakah
rangka batang itu mempunyai konfigurasi yang stabil atau tidak. Secara umum, setiap
rangka batang yang merupakan susunan bentuk dasar segitiga merupakan struktur
yang stabil. Pola susunan batang yang tidak segitiga, umumnya kurang stabil. Rangka
batang yang tidak stabil dan akan runtuh apabila dibebani, karena rangka batang ini
tidak mempunyai jumlah batang yang mencukupi untuk mempertahankan hubungan
geometri yang tetap antara titik-titik hubungnya.
Penting untuk menentukan apakah konfigurasi batang stabil atau tidak stabil.
Keruntuhan total dapat terjadi bila struktur tak stabil terbebani. Pola yang tidak biasa
seringkali menyulitkan penyelidikan kestabilannya. Pada suatu rangka batang, dapat
digunakan batang melebihi jumlah minimum yang diperlukan untuk mencapai
kestabilan. Untuk menentukan kestabilan rangka batang bidang, digunakan persamaan
yang menghubungkan banyaknya titik hubung pada rangka batang dengan banyaknya
batang yang diperlukan untuk mencapai kestabilan Aspek lain dalam stabilitas adalah
bahwa konfigurasi batang dapat digunakan untuk menstabilkan struktur terhadap
beban lateral. Cara menstabilkan struktur dengan menggunakan batangbatang
kaku (bracing). Kabel dapat digunakan sebagai pengganti dari batang kaku, bila gaya
yang dipikul adalah gaya tarik saja. Tinjauan stabilitas sejauh ini beranggapan bahwa
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 11/13
semua elemen rangka batang dapat memikul gaya tarik dan tekan dengan sama
baiknya. Elemen kabel tidak dapat memenuhi asumsi ini, karena kabel akan
melengkung bila dibebani gaya tekan. Ketika pembebanan datang dari suatu arah,
maka gaya tekan atau gaya tarik mungkin timbul pada diagonal, sesuai dengan arah
diagonal tersebut. Suatu struktur dengan satu kabel diagonal mungkin tidak stabil.
Namun bila kabel digunakan dengan sistem kabel silang, dimana satu kabel memikul
seluruh gaya horisiontal dan kabel lainnya menekuk tanpa menimbulkan bahaya
terhadap struktur, maka kestabilan dapat tercapai.
b. Gaya Batang
Prinsip yang mendasari teknik analisis gaya batang adalah bahwa setiap
struktur atau setiap bagian dari setiap struktur harus berada dalam kondisi seimbang.
Gaya-gaya batang yang bekerja pada titik hubung rangka batang pada semua bagian
struktur harus berada dalam keseimbangan.
c. Metode Analisis Rangka Batang
Beberapa metode digunakan untuk menganalisa rangka batang. Metode-
metode ini pada prinsipnya didasarkan pada prinsip keseimbangan. Metode-metode
yang umum digunakan untuk analisa rangka batang adalah sebagai berikut :
Keseimbangan Titik Hubung pada Rangka Batang
Pada analisis rangka batang dengan metode titik hubung (joint), rangka batang
dianggap sebagai gabungan batang dan titik hubung. Gaya batang diperoleh dengan
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 12/13
meninjau keseimbangan titik-titik hubung. Setiap titik hubung harus berada dalam
keseimbangan.
Keseimbangan Potongan
Prinsip yang mendasari teknik analisis dengan metode ini adalah bahwa setiap bagian
dari suatu struktur harus berada dalam keseimbangan. Dengan demikian, bagian yang
dapat ditinjau dapat pula mencakup banyak titik hubung dan batang. Konsep
peninjauan keseimbangan pada bagian dari suatu struktur yang bukan hanya satu titik
hubung merupakan cara yang sangat berguna dan merupakan dasar untuk analisis dan
desain rangka batang, juga banyak desain struktur lain.
Perbedaan antara kedua metode tersebut di atas adalah dalam peninjauan
keseimbangan rotasionalnya. Metode keseimbangan titik hubung, biasanya digunakan
apabila ingin mengetahui semua gaya batang. Sedangkan metode potongan biasanya
digunakan apabila ingin mengetahui hanya sejumlah terbatas gaya batang.Gaya Geser
dan Momen pada Rangka Batang Metode ini merupakan cara khusus untuk meninjau
bagaimana rangka batang memikul beban yang melibatkan gaya dan momen eksternal,
serta gaya dan momen tahanan internal pada rangka batang.Agar keseimbangan
vertikal potongan struktur dapat dijamin, maka gaya geser eksternal harus diimbangi
dengan gaya geser tahanan total atau gaya geser tahanan internal (VR), yang besarnya
sama tapi arahnya berlawanan dengan gaya geser eksternal. Efek rotasional total dari
gaya internal tersebut juga harus diimbangi dengan momen tahanan internal ( MR)
yang besarnya sama dan berlawanan arah dengan momen lentur eksternal. Sehingga
memenuhi syarat keseimbangan, dimana :
E R M = M
d. Penggunaan Elemen (Batang) Tarik Khusus : Kabel
Selain elemen batang yang sudah dibahas di atas, ada elemen lain yang berguna, yaitu
elemen kabel, yang hanya mampu memikul tarik. Secara fisik, elemen ini biasanya
berupa batang baja berpenampang kecil atau kabel terjalin. Elemen ini tidak mampu
memikul beban tekan, tetapi sering digunakan apabila hasil analisis diketahui selalu
memikul beban tarik. Elemen yang hanya memikul beban tarik dapat mempunyai
penampang melintang yang jauh lebih kecil dibanding dengan memikul beban tekan.
7/22/2019 MEKTEK TUGAS
http://slidepdf.com/reader/full/mektek-tugas 13/13
e. Rangka Batang Ruang
Kestabilan yang ada pada pola batang segitiga dapat diperluas ke dalam tiga dimensi.
Pada rangka batang bidang, bentuk segitiga sederhana merupakan dasar, sedangkan
bentuk dasar pada rangka batang ruang adalah tetrahedron. Prinsip-prinsip yang telah
dibahas pada analisis rangka batang bidang secara umum dapat diterapkan pada
rangka batang ruang. Kestabilan merupakan tinjauan utama. Gaya-gaya yang timbul
pada batang suatu rangka batang ruang dapat diperoleh dengan meninjau
keseimbangan ruang potongan rangka batang ruang tersebut. Jelas bahwa persamaan
statika yang digunakan untuk benda tegar tiga dimensi, yaitu :
Apabila diterapkan langsung pada rangka batang ruang yang cukup besar, persamaan-
persamaan ini akan melibatkan banyak titik hubung dan batang. bahkan tidak
dikehendaki. Apabila kondisi titik hubung aktual sedemikian rupa sehingga ujung-
ujung batang tidak bebas berotasi, maka momen lentur lokal dan gaya aksialnya dapat
timbul pada batang-batang. Apabila momen lentur itu cukup besar, maka batang
tersebut harus didesain agar mampu memikul tegangan kombinasi akibat gaya aksial
dan momen lentur. Besar tegangan lentur yang terjadi sebagai akibat dari titik hubung
kaku umumnya 20% dari tegangan normal yang terjadi. Pada desain awal, biasanya
tegangan lentur sekunder ini diabaikan. Salah satu efek positif dari adanya titik
hubung kaku ini adalah untuk memperbesar kekakuan rangka batang secara
menyeluruh, sehingga dapat mengurangi defleksi. Merencanakan titik hubung yang
kaku biasanya tidak akan mempengaruhi pembentukan akhir dari rangka batang.