RANGKUMAN MEKANIKA TEKNIK

 Materi SIGUM

Rangkuman Materi Mekanika Teknik Bab I dan Bab II

Hari : Jum'at

Tanggal : 18 September 2020

 

ELEMEN – ELEMEN STRUKTUR

 

Mekanika teknik atau dikenal juga sebagai mekanika rekayasa merupakan bidang ilmu utama untuk perilaku struktur, atau mesin terhadap beban yang bekerja padanya. Perilaku struktur tersebut umumnya adalah lendutan dan gaya-gaya (gaya reaksi dan gaya internal).

 

A.      ELEMEN STRUKTUR BALOK KOLOM

Balok disebut juga sebagai elemen horisontal dan kolom sebagai elemen vertikal. Balok memikul beban sepanjang batang dan menyalurkannya ke kolom. Selanjutnya kolom akan menyalurkan beban tersebut ke pondasi.

Gaya yang bekerja pada balok secara transversal mengakibatkan balok melentur atau melendut. Sedangkan kolom pada umumnya menerima gaya aksial, sehingga tidak melentur.

 

B.      ELEMEN STRUKTUR RANGKA

Rangka merupakan komposisi dari kolom-kolom dan balok-balok. Kolom sebagai unsur vertical (tegak) memiliki fungsi sebagai penyalur beban dan gaya menuju tanah/pondasi. Sedangkan balok sebagai unsur horizontal (datar) berfungsi sebagai pemegang dan media pembagian lentur.

 

Elemen lainnya yang non struktural, misalnya dinding, dapat diletakkan atau ditempelkan pada kedua elemen rangka bangunan tersebut diatas membentuk suatu struktur bangunan.

Elemen struktur rangka ini mempunyai aksi struktural yang berbeda dengan jenis balok-tiang. Hal ini dikarenakan terdapat titik hubung kaku antara elemen vertikal dan elemen horisontal.

Selain itu, hal tersebut akan memberikan kestabilan terhadap gaya lateral dalam tiap titik hubung antara elemen satu dengan elemen lainnya. Pada sistem rangka, biasanya bentuknya akan melentur karena adanya aksi beban pada struktur tersebut.

 

 

C.      ELEMEN STRUKTUR RANGKA BATANG

Struktur rangka batang diartikan sebagai susunan batang-batang yang lurus dan disambung-sambung pada kedua ujungnya sehingga membentuk satu kesatuan konstruksi yang kokoh atau stabil. Pada tempat-tempat di mana batang disambung disebut titik simpul (buhul).

 

Jenis konstruksi rangka batang ada tiga macam, yaitu konstruksi rangka batang labil, konstruksi rangka batang statis tentu, dan konstruksi rangka batang statis tak tentu.

 

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI STRUKTUR  BNAGUNAN BERDASARKAN KRITERIA DESAIN

 

Untuk melakukan desain dan analisis struktur perlu ditetapkan kriteria yang dapat digunakan untuk menentukan bahwa struktur sesuai denganmanfaat penggunaannya.

 

Beberapa kriteria desain struktur:

 

A.      Kemampuan layan (service  ability)

Struktur harus mampu memikul beban rancangan secara aman, tanpa kelebihan tegangan pada material dan mempunyai batas deformasi dalam batas yang diizinkan. Kemampuan layan meliputi:

1.     Kriteria kekuatan yaitu pemilihan dimensi serta bentuk elemen struktur pada taraf yang dianggap aman sehingga kelebihan tegangan pada material  (misalnya ditunjukkan adanya keretakan) tidak terjadi.

2.   Variasi  kekakuan struktur yang berfungsi untuk mengontrol deformasi yang diakibatkan oleh beban.

Deformasi merupakan perubahan bentuk bagian struktur yang akan tampak jelas oleh pandangan mata, sehingga sering tidak diinginkan terjadi. Kekakuan sangat  tergantung pada jenis, besar, dan distribusi bahan pada sistem  struktur. Untuk mencapai kekakuan struktur seringkali diperlukan elemen struktur yang cukup banyak bila dibandingkan untuk memenuhi syarat kekuatan struktur.

3.  Gerakan  pada  struktur yang juga berkaitan dengan deformasi. Kecepatan dan percepatan aktual struktur yang memikul beban dinamis dapat dirasakan oleh pemakai bangunan, dan dapat menimbulkan rasa tidak nyaman.

Pada struktur bangunan tinggi terdapat  gerakan  struktur akibat  beban angin. Untuk itu diperlukan kriteria mengenai batas kecepatan dan percepatan yang diizinkan. Kontrol akan tercapai melalui manipu lasi kekakuan struktur dan karakteristik redaman.

 

B.      Efisiensi

Kriteria efisiensi mencakup tujuan untuk mendesain struktur yang relative lebih ekonomis.Indikator yang sering digunakan pada kriteria ini adalah jumlah material yang diperlukan untuk memikul beban. Setiap system struktur dapat memerlukan material yang berbeda untuk memberikan kemampuan layan struktur yang sama. Penggunaan volume yang minimum sebagai kriteria merupakan konsep yang penting bagi arsitek maupun perencana struktur.

 

C.      Konstruksi

Tinjauan konstruksi juga akan mempengaruhi pilihan struktural.Konstruksi merupakan kegiatan perakitan elemen-elemen atau material-material struktur. Konstruksi akan efisien apabila materialnya mudah dibuat dan dirakit. Kriteria konstruksi sangat luas mencakup tinjauantentang cara atau metode untuk melaksanakan struktur bangunan, sertajenis dan alat yang diperlukan dan waktu penyelesaian. Pada umumnyaperakitan dengan bagian-bagian yang bentuk dan ukurannya mudah dikerjakan dengan peralatan konstruksi yang ada merupakan hal yang dikehendaki.

 

D.      Ekonomis

Harga merupakan faktor yang menentukan pemilihan struktur. Konsep harga berkaitan dengan efisiensi bahan dan kemudahan pelaksanaannya. Harga total suatu struktur sangat bergantung pada banyak dan harga material yang digunakan, serta biaya tenaga kerja pelaksana konstruksi, serta biaya peralatan yang diperlukan selama pelaksanaan.

 

E.      Lain-lain

Selain faktor yang dapat diukur seperti kriteria sebelumnya, kriteria relatif yang lebih subyektif juga akan menentukan pemilihan struktur. Lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan. Peran struktur untuk menunjang tampilan dan estetika oleh perancang atau arsitek bangunan termasuk faktor yang juga sangat penting dalam pertimbangan struktur.

 

PEMBEBANAN PADA STRUKTUR

 

Dalam melakukan analisis desain suatu struktur, perlu ada gambaran yang jelas mengenai perilaku dan besar beban yang bekerja pada struktur. Perencanaan pembebanan di Indonesia diatur melalui SNI 03-1727-1989-F,  Tata cara perencanaan pembebanan untuk rumah dan gedung.

 

Hal penting yang mendasar adalah pemisahan antara beban-beban yang bersifat statis dan dinamis.

Gaya statis adalah gaya yang bekerja secara terus-menerus pada struktur.

Deformasi ini akan mencapai puncaknya apabila gaya statismaksimum.

Gaya dinamis adalah gaya yang bekerja secara tiba-tiba dan/atau kadang-kadang  pada struktur.

Pada umumya mempunyai karakterisitik besar dan lokasinya   berubah dengan cepat.  Deformasi struktur akibat beban ini juga berubah-ubah secara cepat.

Gaya dinamis dapat menyebabkan terjadinya osilasi pada struktur  hingga deformasi puncak tidak terjadi bersamaan dengan terjadinya gaya terbesar

a)   Gaya-gaya Statis

Gaya-gaya statis pada umumnya dapat dibagi lagi menjadi beban mati, beban hidup, dan beban akibat penurunan atau efek termal.

•    Beban Mati adalah beban-beban yang bekerja vertikal ke bawah pada struktur dan mempunyai karakteristik bangunan, seperti misalnya penutup lantai, alat mekanis, partisi yang dapat dipindahkan, adalah beban mati.

 

Berat eksak elemen-elemen ini pada umumnya diketahui atau dapat dengan mudah ditentukan dengan derajat ketelitian cukup tinggi.  Semua metode untuk menghitung beban mati suatu elemen adalah didasarkan atas peninjauan berat satuan material yang terlihat dan berdasarkan volume elemen tersebut.

 

•        Beban hidup adalah beban-beban yang bisa ada atau tidak ada pada struktur untuk suatu waktu yang diberikan. Meskipun dapat berpindah-pindah , beban hidup masih dapat dikatakan bekerja secara perlahan-lahan pada struktur.

Beban penggunaan (occupancy loads) adalah beban hidup. Yang termasuk ke dalam beban penggunaan adalah berat manusia, perabot, barang yang disimpan, dan sebagainya.

 

Beban hidup adalah beban yang besar dan posisinya dapat berubah-ubah. Beban hidup yang dapat bergerak dengan tenaganya sendiri disebut beban bergerak, seperti kendaraan, manusia, dan crane. Sedangkan beban yang dapat dipindahkan antara lain furniture, material dalam gudang, dll. Jenis beban hidup lain adalah angin, hujan, ledakan, gempa, tekanan tanah, tekanan air, perubahan temperatur, dan beban yang disebabkan oleh pelaksanaan konstruksi.

 

b)   Beban Angin

Struktur yang berada pada lintasan angin akan menyebabkan angina berbelok atau dapat berhenti. Sebagai akibatnya, energi kinetik angin akan berubah bentuk menjadi energi potensial yang berupa tekanan atau isapan pada struktur. Besar tekanan atau isapan yang diakibatkan oleh angin pada suatu titik akan bergantung pada kecepatan angin, rapat massa udara, lokasi yang ditinjau pada struktur, perilaku permukaan struktur, bentuk geometris, dimensi dan orientasi struktur.

 

c)   Beban Gempa

Gempa bumi adalah fenomena getaran yang dikaitkan dengan kejutan pada kerak bumi.Kejutan yang berkaitan dengan benturan tersebutakan menjalar dalam bentuk gelombang. Gelombang ini menyebabkan permukaan bumi dan bangunan di atasnya bergetar.

 

FAKTOR YANG MEMENGARUHI STRUKTUR BANGUNAN

 

Struktur bangunan adalah bagian dari sebuah system bangunan yang bekerja untuk menyalurkan beban yang diakibatkan oleh adanya bangunan di atas tanah.  Satuan structural utama dapat terdiri atas kombinasi elemen-elemen linier/garis, bidang/permukaan, vertical maupun horizontal, baik tunggal maupun rangkaian rangka.

 

Factor yang memengaruhi struktur bangunan yaitu desain struktur dan pembebanan.

 

Dalam kebanyakan kasus, bangunan tahan gempa dapat dicapai dengan mengikuti prinsip-prinsip sederhana dari praktik konstruksi bangunan yang baik.

 

Prinsip-prinsip yang paling sering terjadi dan harus dipertimbangkan dalam desain struktur bangunan gedung dan rumah tahan gempa:

1.      Prinsip dasar desain bangunan tahan gempa

2.       Pseudo-Statis Gempa

3.       Gaya Inersia Horizontal dan Vertikal

4.       Resonansi

5.       Komponen percepatan

6.       Peningkatan tekanan diizinkan

7.       Zona gempa

8.       Kategori bangunan tahan gempa

9.       Bangunan-bangunan penting,

10.   Dukungan tanah pondasi

11.   Pilihan Daerah

12.   Konsep Daktilitas, Deformasi dan kemampuan kerusakan

 

Prinsip utama bangunan rumah tahan gempa ada pada rumah yang simetris, pemilihan material yang ringan, dan system konstruksi penahan beban yang memadai. Kekenyalan struktur sangat ditekankan untuk mencegah keruntuhan bangunan.

 Analisis pseudo static akan digunakan di mana kekuatan gempa digantikan oleh kekuatan static ekuivalen. Hal ini diasumsikan bahwa kekuatan gempa tidak mungkin terjadi secara bersamaan dengan kekuatan lain seperti beban angina, kekuatan banjir maksimum atau kekuatan maksimum gelombang laut.

Pembuatan bangunan tahan gempa itu penting sekali, khususnya untuk bangunan-bangunan penting seperti rumah sakit, klinik, bangunan komunikasi, pemadam kebakaran, kantor polisi, fasilitas pasokan air, monument, tempat ibadah, dan lain sebagainya. Pentingnya bangunan serta keselamatan penghuninya harus menjadi factor dalam penilaian untuk tujuan memperkuat dan bangunan.

 

Ada tiga jenis tanah yang harus diperhatikan:

1.    Tanah keras, yaitu sejenis tanah yang mempunyai daya dukung yang diisinkan lebih dari 10 t/m².

2.      Tanah lunak, yaitu sejenis tanah yang mempunyai daya dukung yang dizinkan kurang dari atau sama dengan 10 t/m².

3. Tanah lemah, yaitu sejenis tanah yang bertanggungjawab untuk penyelesaian diferensial besar atau pencairan selama gempa bumi.

 

Perlu dipahami bahwa, bangunan dapat dibangun pada daerah dengan tanah keras dan lunak, tetapi akan berbahaya untuk membangun di tanah yang lemah.

Daftar Pustaka:

Buku Mekanika Teknik, Program Keahlian Konstruksi dan Properti, Penerbit ANDI, Edisi Revisi 2017