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.