Apa Itu Daktilitas ?

Kita sering mendengar istilah daktilitas, tapi mungkin agak-agak kurang paham apa maknanya. Saya sendiri sebenarnya sedikit “alergi” jika mendengar atau membaca istilah-istilah “asing”, apalagi kalau yang dibaca adalah artikel ilmiah, ditambah lagi jika artikelnya dalam bahasa Inggris. Otak saya akan bekerja 3 kali lebih keras, hehe.

Daktilitas berlawanan dengan kegetasan. Waduh, istilah apa pula tuh? Daktilitas adalah kata benda, kata sifatnya adalah daktail. Sementara lawannya adalah getas (kata sifat) istilah “Londo”-nya brittle, sehingga kata bendanya adalah kegetasan. (kok jadi belajar Bahasa Indonesia ya?)

Anyway, kalau getas jujur saja bagi saya pribadi lebih gampang dipahami. Karena kalau mendengar kata getas saya langsung ingat dengan KERUPUK. Tapi kalau mendengar kata daktail, saya tidak bisa menemukan makanan yang sifatnya daktail (permen karet mungkin iya, tapi saya tidak doyan permen karet), makanya lebih susah memahami daktail daripada getas. :D

Kembali ke topik. Tiap material, khususnya material bangunan setidaknya punya karakteristik yang berbeda jika diberi gaya (beban). Ada yang kuat jika ditekan tapi hancur jika ditarik (misalnya beton). Ada yang kuat jika ditarik, tapi tidak ada apa-apanya jika ditekan (misalnya kabel, rantai, tali, dll), ada juga yang kuat jika ditarik dan ditekan (misalnya profil baja struktural). Dan.. tentu saja ada yang tidak kuat jika ditarik maupun ditekan, misalnya kerupuk.

ELASTIS dan PLASTIS
Konsep ini mutlak harus dipahami dulu. Karena kami bukan ahlinya, maka penjelasan di sini juga diusahakan dalam bahasa “bukan ahlinya”.

Misalnya ada sebuah benda (material), jika diberi gaya (ditarik, ditekan, atau dilenturkan), benda tersebut memanjang, memendek, atau bengkok (berdeformasi). Kemudian gaya tersebut dihilangkan, dan benda tersebut kembali persis ke bentuk dan ukuran semula. Kondisi ini dinamakan kondisi ELASTIS.

Tapi, ada suatu kondisi jika gaya tersebut ditambah besarnya, benda tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk semula. Benda itu sudah dalam kondisi PLASTIS atau INELASTIS.

Dalam kondisi elastis, besarnya gaya berbanding lurus dengan besarnya deformasi. Misalnya kita ambil gaya tarik versus penambahan panjang. Semakin bsar gaya tariknya, semakin besar pula penambahan panjangnya. Dalam pembahasan biasanya digunakan tegangan untuk mewakili gaya (σ = F/A), dan regangan untuk mewakili penambahan panjang (ε = ΔL/L)

Titik waktu pertama kali material tersebut memasuki kondisi plastis disebut Titik Leleh (Yield Stress). Pada kondisi plastis, hubungan tegangan regangan sudah menyimpang jauh dari linear. Diberi tambahan gaya sedikit saja, deformasinya bisa bertambah berlipat-lipat kali dari deformasi elastis.

Jika gaya tersebut ditambah, maka material tersebut bisa putus. Titik ini disebut titik putus, atau titik fraktur (Ultimate Stress).

Daktilitas adalah kemampuan material mengembangkan regangannya dari pertama kali leleh hingga akhirnya putus. Atau, daktilitas bisa juga kita artikan seberapa plastis material tersebut. Semakin panjang “ekor plastis”nya, semakin daktail material tersebut.

Kebalikan dengan daktail, material yang GETAS tidak memiliki “ekor plastis” yang panjang. Malah ada yang sama sekali tidak memiliki “ekor plastis”. Artinya, titik lelehnya sama dengan titik putusnya. Begitu dia leleh saat itu juga dia putus.

MODULUS ELASTISITAS
Modulus Elastisitas biasa disebut juga Modulus Young. Walaupun sebenarnya Modulus Young adalah bagian dari Modulus Elastisitas (sumber: wikipedia).

Modulus Elastisitas (nggak usah diturunkan ya persamaannya), dirumuskan sebagai:

adalah regangan, dan adalah regangan.
Pada grafik hubungan tegangan-regangan, kemiringan kurva elastis menunjukkan besarnya Modulus Elastisitas.

Semakin tegak kurva elastisnya, maka semakin besar nilai E-nya. Sebaliknya semakin landai kurvanya, semakin kecil nilai E-nya.

BAJA
Di antara tiga material utama konstruksi (baja, beton, kayu), baja adalah material yang paling daktail. Tegangan lelehnya tinggi, regangan maksimumnya besar. Modulus Elastisitasnya juga tinggi.

BETON
Beton kebalikan dengan baja. Beton justru sangat tidak daktail. Beton malah sangat getas ketika mengalami tegangan tarik. Sedangkan ketika mengalami tekan, perilaku elastisnya hanya terlihat sekitar 0 – 30% dari kuat tekan beton. Setelah itu tidak elastis lagi. Hal ini konon diakibatkan karena munculnya retak-retak pada saat tegangan sudah mulai tinggi.

KARET
Karet adalah contoh material yang sangat fleksibel (modulus Elastisitas kecil) tapi juga getas. Artinya, begitu mencapai titik leleh seketika itu juga karet itu putus.

Regangan karet bisa mencapai lebih dari 100%, artinya karet dapat memanjang 2 kali (bahkan lebih) dari panjang semula.
Regangan beton (tekan) paling maksimal sekitar 0.3-0.4 persen.
Regangan leleh baja sekitar 0.2 persen, dan regangan putusnya mencapai 15%. (so, kalau anda mau menarik sebuah tulangan baja hingga putus, paling tidak anda harus bisa menarik tulangan tersebut menjadi 15% lebih panjang terlebih dahulu baru kemudian baja itu akan putus)

Kalo digambarkan ketiganya kurang lebih perbandingannya seperti gambar berikut.

KERUPUK
Kebetulan belum ada laboratorium yang mengadakan penelitian tentang hubungan tegangan-regangan dari kerupuk. Mungkin anda berminat?

Dari pembahasan ini akan muncul istilah-istilah lain seperti:

1. Sendi Plastis.
Sendi plastis adalah kondisi ujung-ujung elemen struktur yang semula kaku (rigid) atau terjepit sempurna, kemudian menjadi sendi (pinned) karena material penyusunnya (dalam hal ini baja) telah mengalami kondisi plastis.

Misalnya sambungan balok ke kolom pada awalnya didesain kaku (rigid), namun karena momen tumpuan sangatt besar mengakibatkan semua tulang tarik pada balok mengalami leleh. Jika sudah leleh, tentu sudah tidak elastis lagi.
Gaya gempa yang arahnya bolak balik menyebabkan sisi atas dan sisi bawah balok secara bergantian mengalami tekanan tarik dan tekan yang besar, bahkan dapat membuat beton menjadi retak atau hancur.
Dalam kondisi seperti ini, kekuatan ujung balok bergantung kepada tulangan. Deformasinya (dalam hal ini putaran sudut) menjadi besar, dan ujung balok tidak rigid lagi, alias sudah seperi sendi.

2. Daktilitas Penampang.
Daktilitas penampang adalah kemampuan penampang untuk mengembangkan deformasinya setelah mengalami leleh pertama kali.

Atau bisa disebut juga seberapa lama suatu elemen struktur bisa bertahan dengan kondisi sendi plastis di ujung-ujungnya.

3.Daktilitas Struktur
Daktilitas secara keseluruhan. Khususnya dalam memikul beban lateral (gempa).

Tiga hal ini insya Allah akan dibahas di lain kesempatan. Semoga bermanfaat.[]

Source : http://duniatekniksipil.web.id/

Kemajuan Teknik Desain Tahan Gempa

Pendekatan konvensional untuk merancang bangunan tahan gempa tergantung pada pemberian bangunan dengan kapasitas deformasi kekuatan, kekakuan dan inelastik yang cukup besar untuk menahan tingkat tertentu gaya gempa yang dihasilkan. Hal ini umumnya dicapai melalui seleksi dari konfigurasi struktur yang tepat dan hati-hati rincian dari anggota struktural, seperti balok dan kolom, dan hubungan antara mereka. Sebaliknya, kita dapat mengatakan bahwa pendekatan dasar yang mendasari teknik yang lebih maju untuk tahan gempa tidak untuk memperkuat gedung, tetapi untuk mengurangi gaya gempa yang dihasilkan bertindak atasnya. Di antara teknik-teknik canggih yang paling penting dari desain tahan gempa dan konstruksi isolasi dasar dan perangkat energi disipasi.

Base Isolasi Hal ini paling mudah untuk melihat prinsip ini di tempat kerja dengan mengacu langsung kepada yang paling banyak digunakan teknik-teknik canggih, yang dikenal sebagai dasar isolasi.Struktur dasar terisolasi didukung oleh serangkaian bantalan bantalan yang ditempatkan di antara bangunan dan pondasi bangunan (lihat Gambar 1) Berbagai jenis bantalan bantalan dasar isolasi kini telah dikembangkan. Sebagai contoh kita, kita akan membicarakan bantalan timbal-karet. Ini merupakan jenis yang sering digunakan bantalan isolasi dasar.(Lihat Gambar 2) A bearing timbal-karet terbuat dari lapisan karet terjepit bersama-sama dengan lapisan baja. Di tengah bantalan adalah memimpin "plug." Solid Di atas dan bawah, bantalan dipasang dengan pelat baja yang digunakan untuk melampirkan bantalan untuk bangunan dan pondasi. bantalan ini sangat kaku dan kuat dalam arah vertikal, tetapi fleksibel dalam arah horisontal.

Gaya Utama Gempa Untuk mendapatkan ide dasar karya isolasi bagaimana dasar, pertama meneliti Gambar 3. Ini menunjukkan sebuah gempa yang bekerja pada kedua sebuah bangunan dasar dan terisolasi, konvensional fixed-base, bangunan. Sebagai hasil dari gempa bumi, tanah di bawah setiap bangunan mulai bergerak. Pada Gambar 3, terlihat bergerak ke kiri. Setiap gedung merespon dengan gerakan yang cenderung ke arah kanan. Kita mengatakan bahwa bangunan itu mengalami perpindahan ke arah kanan.perpindahan Bangunan dalam arah yang berlawanan gerakan tanah sebenarnya disebabkan inersia. Gaya-gaya inersia yang bekerja pada sebuah bangunan yang paling penting dari semua yang dihasilkan selama gempa bumi.

Hal ini penting untuk mengetahui bahwa gaya inersia yang mengalami bangunan sebanding dengan percepatan gedung selama gerakan tanah. Hal ini juga penting untuk menyadari bahwa bangunan tidak benar-benar pergeseran hanya satu arah.

Karena sifat kompleks gerakan gempa tanah, bangunan sebenarnya cenderung bergetar bolak-balik dalam berbagai arah.Jadi, Gambar 3 adalah benar-benar merupakan semacam "snapshot" bangunan hanya pada satu titik tertentu yang tanggap gempa bumi tersebut.

Selain menggusur ke kanan, bangunan un-terisolasi juga ditampilkan akan mengganti yang bentuk-dari persegi panjang ke genjang. Kita mengatakan bahwa bangunan itu adalah deformasi. Penyebab utama kerusakan gempa untuk bangunan adalah deformasi yang bangunan mengalami sebagai akibat dari gaya inersia yang bekerja atasnya.

Berbagai jenis kerusakan yang bangunan dapat menderita cukup bervariasi dan tergantung pada sejumlah besar faktor rumit. BTapi untuk mengambil satu contoh sederhana, orang dapat dengan mudah membayangkan apa yang terjadi pada dua potong kayu bergabung di sudut kanan oleh beberapa paku, ketika bangunan yang sangat berat mengandung mereka tiba-tiba mulai bergerak sangat cepat - paku tarik keluar dan koneksi gagal .

Reaksi Bangunan dengan Base Terisolasi Sebaliknya, meskipun juga merupakan menggusur, bangunan dasar-terisolasi mempertahankan aslinya, bentuk persegi panjang. Ini adalah timbal-karet bantalan mendukung bangunan yang cacat. Bangunan basis-terisolasi sendiri terlepas dari deformasi dan kerusakan-yang menyiratkan bahwa gaya inersia yang bekerja pada bangunan dasar yang terisolasi telah dikurangi.

Percobaan dan pengamatan bangunan dasar-terisolasi di gempa bumi telah terbukti mengurangi percepatan pembangunan untuk sesedikit 1 / 4 percepatan bangunan tetap-dasar sebanding, yang mengalami setiap bangunan sebagai persentase dari gravitasi.Seperti yang kita mencatat kenaikan di atas, inersia kekuatan, dan mengurangi, proporsional sebagai percepatan kenaikan atau penurunan. Akselerasi menurun karena sistem isolasi dasar memperpanjang periode bangunan getaran, waktu yang diperlukan untuk membangun rock bolak-balik dan kemudian kembali lagi.Dan pada umumnya, struktur dengan periode lama getaran cenderung mengurangi percepatan, sementara mereka dengan periode lebih pendek cenderung untuk menambah atau memperkuat percepatan.

Akhirnya, karena mereka sangat elastis, bantalan karet isolasi tersebut tidak mengalami kerusakan apapun. Tapi bagaimana dengan yang plug memimpin di tengah-tengah bantalan contoh kita? Ini mengalami deformasi yang sama seperti karet. Namun, juga menghasilkan panas seperti halnya begitu.

Dengan kata lain, steker memimpin mengurangi, atau menghilang, energi gerak-yaitu, energi kinetik-dengan mengubah energi yang menjadi panas. Dan dengan mengurangi energi yang memasuki gedung, hal ini membantu untuk memperlambat dan akhirnya berhenti getaran bangunan cepat daripada yang akan menjadi kasus-dengan kata lain, meredam getaran gedung. (Damping adalah properti fundamental dari semua badan bergetar yang cenderung untuk menyerap energi tubuh gerak, dan dengan demikian mengurangi amplitudo getaran sampai gerak tubuh akhirnya berhenti.) Spherical Sliding Isolasi Systems Seperti yang kita katakan sebelumnya, timbal-karet bantalan hanya salah satu dari sejumlah jenis bantalan isolasi dasar yang kini telah dikembangkan. Spherical Sliding Isolasi Sistem adalah jenis lain dari isolasi dasar. Bangunan ini didukung oleh bantalan bantalan yang memiliki permukaan melengkung dan gesekan rendah.

Selama gempa, bangunan ini bebas untuk slide pada bantalan. Karena bantalan memiliki permukaan melengkung, bangunan slide secara horisontal dan vertikal (Lihat Gambar 4.) Gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan bangunan ke atas batas kekuatan horizontal atau lateral yang lain akan menyebabkan deformasi bangunan. Selain itu, dengan menyesuaikan radius permukaan bantalan itu melengkung, properti ini dapat digunakan untuk merancang bantalan yang juga memperpanjang periode bangunan getaran.

Energi Pembuangan Perangkat Yang kedua dari teknik baru utama untuk meningkatkan bangunan tahan gempa juga bergantung pada disipasi redaman dan energi, tetapi sangat memperluas disipasi redaman dan energi disediakan oleh bantalan timbal-karet. Seperti yang kita katakan, sejumlah energi getaran akan dipindahkan ke bangunan dengan gerakan gempa tanah.Bangunan sendiri juga memiliki kemampuan melekat untuk mengusir, atau lembab, energi ini. Namun, kapasitas bangunan untuk menghilangkan energi sebelum mereka mulai mengalami deformasi dan kerusakan cukup terbatas. Bangunan ini akan menghilangkan energi baik dengan melakukan gerakan skala besar atau mempertahankan strain internal meningkat pada unsur-unsur seperti kolom bangunan dan balok. Kedua akhirnya menghasilkan berbagai tingkat kerusakan. Jadi, dengan melengkapi gedung dengan perangkat tambahan yang memiliki kapasitas peredaman tinggi, kita dapat sangat mengurangi energi seismik memasuki gedung, dan dengan demikian mengurangi kerusakan bangunan.

Dengan demikian, berbagai perangkat disipasi energi telah dikembangkan dan sekarang sedang dipasang di bangunan nyata. perangkat disipasi energi juga sering disebut perangkat redaman. Jumlah besar perangkat redaman yang telah dikembangkan dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori besar: 1. Friction Dampers – Gesekan Dampers - ini memanfaatkan gaya gesek untuk mengusir energi 2. Metallic Dampers– Logam Dampers- memanfaatkan deformasi unsur logam di dalam damper 3.Viscoelastic Dampers– Viscoelastis Dampers- memanfaatkan geser dikendalikan padatan 4. Viscous Dampers– Kental Dampers- memanfaatkan gerakan paksa (orificing) cairan dalam damper

Cairan kental Dampers Sekali lagi, untuk mencoba untuk menggambarkan beberapa prinsip umum perangkat redaman, kita akan melihat lebih dekat pada satu jenis perangkat redaman tertentu, Fluida viskos Damper, yang merupakan salah satu berbagai viscous damper yang telah secara luas digunakan dan telah terbukti sangat efektif dalam berbagai macam aplikasi.

perangkat Damping biasanya diinstal sebagai bagian dari sistem bracing.Gambar 5 memperlihatkan salah satu jenis peredam-brace pengaturan, dengan salah satu ujungnya melekat pada kolom dan salah satu ujungnya menempel pada balok lantai. . Terutama, pengaturan ini menyediakan kolom dengan dukungan tambahan.

Kebanyakan gempa gerakan tanah berada dalam arah horisontal, maka, itu adalah kolom suatu bangunan yang biasanya mengalami perpindahan yang paling relatif terhadap gerakan tanah. Gambar 5 juga menunjukkan perangkat redaman diinstal sebagai bagian dari sistem bracing dan memberikan beberapa gagasan tentang aksinya.

www.civilengineeringnews.net

Struktur Balok

Secara sederhana, balok sebagai elemen lentur digunakan sebagai elemen penting dalam kosntruksi. Balok mempunyai karakteristik internal yang lebih rumit dalam memikul beban dibandingkan dengan jenis elemen struktur lainnya. Balok menerus dengan lebih dari dua titik tumpuan dan lebih dari satu tumpuan jepit merupakan struktur statis tak tentu. Struktur statis tak tentu adalah struktur yang reaksi, gaya geser, dan momen lenturnya tidak dapat ditentukan secara langsung dengan menggunakan persamaan keseimbangan dasar ????Fx =0, ????Fy =0, dan ????Fz =0. Balok statis tak tentu sering juga digunakan dalam praktek, karena struktur ini lebih kaku untuk suatu kondisi bentang dan beban daripada struktur statis tertentu. Jadi ukurannya bisa lebih kecil. Kerugian struktur statis tak tentu adalah pada kepekaannya terhadap penurunan (settlement) tumpuan dan efek termal.

4.2.1. Prinsip Desain Balok

Pada sistem struktural yang ada di gedung, elemen balok adalah elemen yang paling banyak digunakan dengan pola berulang. Umumnya pola ini menggunakan susunan hirarki balok, dimana beban pada permukaan mula-mula dipikul oleh elemen permukaan diteruskan ke elemen struktur sekunder, dan selanjutnya diteruskan ke kolektor atau tumpuan. Semakin besar beban, yang disertai dengan bertambahnya panjang, pada umumnya akan memperbesar ukuran atau tinggi elemen struktur, seperti pada Gambar 4.10. Susunan hirarki bisa sangat bervariasi, tetapi susunan yang umum digunakan adalah satu dan dua tingkat. Sedangkan susunan tiga tingkat adalah susunan yang maksimum digunakan [Gambar 4.10(a)]. Untuk ukuran bentang tertentu, pada umumnya sistem dengan berbagai tingkat dapat digunakan. Ukuran elemen struktur untuk setiap sistem dapat ditentukan berdasarkan analisis bentang, beban dan material. Ada beberapa kriteria pokok yang harus dipenuhi, antara lain : kemampuan layan, efisiensi, kemudahan.

Tegangan aktual yang timbul pada balok tergantung pada besar dan distribusi material pada penampang melintang elemen struktur. Semakin besar balok maka semakin kecil tegangannya. Luas penampang dan distribusi beban merupakan hal yang penting. Semakin tinggi suatu elemen, semakin kuat kemampuannya untuk memikul lentur. Variabel dasar yang penting dalam desain adalah besar beban yang ada, jarak antara beban-beban dan perilaku kondisi tumpuan balok. Kondisi tumpuan jepit lebih kaku daripada yang ujung-ujungnya dapat berputar bebas. Balok dengan tumpuan jepit dapat memikul beban terpusat di tengah bentang dua kali lebih besar daripada balok yang sama tidak dijepit ujungnya. Jenis dan perilaku umum balok seperti pada Gambar 4.11.

Beban lentur pada balok menyebabkan terjadinya gaya-gaya internal, tegangan serta deformasi. Gaya serta momen ini berturut-turut disebut gaya geser dan momen lentur. Agar keseimbangan pada bagian struktur tersebut diperoleh untuk bagian struktur yang diperlihatkan, sekumpulan gaya internal pasti timbul pada struktur yang efek jaringnya adalah untuk menghasilkan momen rotasional yang sama besar tapi berlawanan arah dengan momen lentur eksternal dan gaya vertikal yang sama dan berlawanan arah dengan gaya geser eksternal.

4.2.2. Analisa Balok

a. Tegangan Lentur

Pada perilaku umum balok, tegangan lentur yang bervariasi secara linier pada suatu penampang merupakan tanggapan atas aksi momen lentur eksternal yang ada pada balok di titik tersebut. Hubungan antara tegangan lentur (fy), parameter loaksi (y) dan besaran penampang (I) dapat dinyatakan dalam hubungan berikut ini :

Untuk suatu harga momen tertentu, bila tinggi balok menjadi dua kali (sementara lebarnya tetap), akan menyebabkan tegangan lentur mengecil dengan faktor ¼. Tegangan lentur tidak terlalu peka terhadap perubahan lebar penampang. Untuk momen dan tinggi penampang konstan, memperlebar penampang dua kali akan memperkecil tegangan lentur menjadi setengahnya. Untuk penampang tak simetris, penentuan lokasi pusat berat tidak tepat ditengah tinggi penampang. Proses penentuan dimensi penampang melintang pada balok sederhana simetris yang memikul momen lentur tidaklah sulit. Mula-mula bahan dipilih sehingga tegangan ijin diketahui. Selanjutnya ukuran penampang yang diperlukan ditentukan berdasarkan taraf tegangan lentur aktual pada balok yang harus sama atau lebih kecil dari taraf tegangan lentur ijin. Apabila tegangan aktual pada titik itu melampaui tegangan ijin, maka balok tersebut dipandang mengalami kelebihan tegangan (overstressed) dan hal ini tidak diijinkan.

b. Tekuk Lateral pada Balok

Pada balok yang dibebani dapat terjadi tekuk lateral dan terjadi keruntuhan sebelum seluruh kekuatan penampang tercapai. Fenomena tekuk lateral pada balok serupa dengan yang terjadi pada rangka batang. Ketidakstabilan dalam arah lateral terjadi karena gaya tekan yang timbul di daerah di atas balok, disertai dengan tidak cukupnya kekakuan balok dalam arah lateral. Diasumsikan bahwa jenis kegagalan tekuk lateral ini dapat terjadi, dan tergantung pada penampang balok, pada taraf tegangan yang relatif rendah.

Pencegahan tekuk lateral dapat dilakukan dengan cara :

(1) dengan membuat balok cukup kaku dalam arah lateral

(2) dengan menggunakan pengaku/pengekang (bracing) lateral.

Apabila balok digunakan untuk menumpu tutup atap atau sistem sekunder lain, pengekang dengan sendirinya diberikan oleh elemen sekunder tersebut. Apabila balok digunakan pada situasi dimana jenis pengekang tersebut tidak mungkin digunakan, maka balok dapat dibuat menjadi kaku dalam arah lateral dengan memperbesar dimensi transversal di daerah atas balok. Penggunaan beberapa pengekang lateral pada contoh struktur balok kayu dapat dilihat pada Gambar 4.12. Jenis dan penggunaan pengekang lateral juga ditentukan oleh perbandingan antara tinggi dan lebar balok.

c. Tegangan Geser

Gaya resultan dari tegangan geser ini, yaitu gaya geser internal (VR) sama besar, tetapi berlawanan arah dengan gaya geser eksternal (VE). Tegangan geser maksimum pada penampang balok adalah 1,5 kali tegangan geser rata-rata penampang balok segiempat.

d. Tegangan Tumpu

Tegangan tumpu (bearing stress) adalah tegangan yang timbul pada bidang kontak antara dua elemen struktur. Contohnya adalah tegangan yang terjadi pada ujung-ujung balok sederhana yang terletak di atas tumpuan ujung dengan dimensi tertentu. Banyak material, misalnya kayu, yang sangat mudah mengalami kegagalan akibat tegangan tumpu. Apabila beban tekan disalurkan, kegagalan tegangan tekan biasanya terjadi, dan hal ini ditunjukkan dengan hancurnya material. Kegagalan ini biasanya dilokalisasikan, dan lebih baik dihindari.

e. Torsi

Torsi adalah puntiran, yang timbul pada elemen struktur apabila diberikan momen puntir langsung MT atau secara tak langsung. Tegangan geser torsional timbul pada elemen struktur tersebut sebagai akibat dari momen torsi yang bekerja padanya, seperti pada gambar 4.13.

Sedangkan Gambar 4.14 menunjukkan bahwa penampang tertutup lebih baik dalam menahan torsi bila dibandingkan dengan penampang terbuka.

f. Pusat Geser

Gambar 4.15 adalah ilustrasi pusat geser (shear centre) pada balok. Pada penampang tak simetrik, pemberian beban dapat menyebabkan terjadinya puntiran. Dengan menerapkan beban melalui ’pusat geser’ balok, maka hanya akan terjadi lentur, tanpa adanya puntir. Pusat geser penampang tak simetris seringkali terletak di luar penampang.

g. Defleksi

Defleksi pada bentang balok disebabkan karena adanya lendutan balok akibat beban. Defleksi (????) pada suatu titik tergantung pada beban P atau w, panjang bentang balok L, dan berbanding terbalik dengan kekakuan balok. Dengan demikian dapat dinyatakan bahwa:

Beberapa kriteria empiris yang digunakan untuk menentukan defleksi ijin adalah sebagai berikut :

g. Tegangan Utama

Pada balok, interaksi antara tegangan lentur dan tegangan geser dapat merupakan tegangan normal tekan atau tarik, yang disebut sebagai tegangan utama (principle stresses). Arah tegangan aksial ini pada umumnya berbeda dengan arah tegangan lentur maupun tegangan gesernya. Garis tegangan utama dapat digambarkan berikut ini, dimana merupakan implikasi pada mekanisme pemikul-beban yang ada pada balok (Gambar 4.16).

4.2.3. Desain Balok

Prinsip – prinsip Desain Umum

Variabel utama dalam mendesain balok meliputi: bentang, jarak balok, jenis dan besar beban, jenis material, ukuran dan bentuk penampang, serta cara penggabungan atau fabrikasi. Semakin banyak batasan desain, maka semakin mudah desain dilakukan. Setiap desain harus memenuhi kriteria kekuatan dan kekakuan untuk masalah keamanan dan kemampuan layan. Pendekatan desain untuk memenuhi kriteria ini sangat bergantung pada material yang dipilih, apakah menggunakan balok kayu, baja atau beton bertulang.

Beberapa faktor yang merupakan prinsip-prinsip desain umum dalam perencanaan balok, yaitu :

(1) Kontrol kekuatan dan kekakuan

(2) Variasi besaran material

(3) Variasi bentuk balok pada seluruh panjangnya

(4) Variasi kondisi tumpuan dan kondisi batas

Prinsip desain praktis balok kayu dipengaruhi oleh berbagai faktor. Salah satunya adalah sifat kayu yang mempunyai kemampuan untuk memikul tegangan besar dalam waktu singkat. Pada kondisi beban permanen, tegangan ijin perlu direduksi dengan faktor 0,90. Faktor beban untuk angin adalah 1,33. Sedangkan beban normal mempunyai faktor 1,0. Desain balok baja umumnya didesain berdasarkan beban kerja dan tegangan ijin. Balok yang digunakan bisa berupa penampang gilas (wide flens / sayap lebar), kanal, atau tersusun atas elemen-elemen (plat atau siku). Untuk bentang atau beban yang sangat besar, penampang girder plat yang tersusun dari elemen siku dan plat sering digunakan. Pada balok baja, apabila material balok mulai leleh pada saat dibebani, maka distribusi tegangan yang ada mulai berubah. Balok masih dapat menerima tambahan momen sampai semua bagian penampang telah meleleh. Desain balok beton tidak dapat digunakan sendiri pada balok karena sangat kecilnya kekuatan tarik, dan karena sifat getasnya (brittle). Retakretak yang timbul dapat berakibat gagalnya struktur, dimana hal ini dapat terjadi ketika balok beton mengalami lentur. Penambahan baja di dalam daerah tarik membentuk balok beton bertulang dapat meningkatkan kekuatan sekaligus daktilitasnya. Elemen struktur beton bertulang menggabungkan sifat yang dimiliki beton dan baja.

Desain Balok Statis Tak Tentu

Proses desain balok menerus sama saja dengan proses desain balok sederhana. Apabila momen maksimum yang dapat terjadi pada struktur telah diketahui, selanjutnya ditentukan penampang struktur yang cukup untuk memikul momen itu. Prinsip mengenai distribusi material secara optimal di suatu penampang melintang juga dapat diterapkan pada balok menerus. Beberapa hal khusus yang perlu diperhatikan dalam desain balok statis tak tentu ini diuraikan sebagai berikut:

(1) Desain Momen, secara praktis seperti pada Tabel 4.1.

(2) Penentuan Penampang Balok Menerus

Penentuan ukuran suatu penampang melintang balok menerus tergantung pada besar momen yang ada pada penampang tersebut. Tinggi struktur yang dibentuk disesuaikan dengan momen lentur yang ada.

(3) Penggunaan Titik Hubung Konstruksi

Karena alasan pelaksanaan, kesulitan sering terjadi dalam membuat elemen struktur menerus yang panjang, karena seringnya digunakan titik pelaksanaan (construction joints). Untuk memudahkan pembuatan titik konstruksi, titik-titik itu diletakkan di dekat, atau pada titik belok. Dengan demikian, titik pelaksanaan tidak perlu dirancang untuk memikul momen. Jadi hanya merupakan titik hubung sendi. Dengan menggunakan kondisi momen nol pada titik belok, perilaku balok menerus tersebut dapat dimodelkan sebagai strutur statis tertentu.

(4) Pengontrolan Distribusi Momen

Momen yang timbul pada balok menerus dapat dirancang secara cermat oleh perencana. Hal ini dapat dilakukan dengan berbagai cara. Salah satunya adalah dengan mengatur bentang dan beban pada struktur.

Beton bertulang merupakan salah satu contoh material yang cocok untuk digunakan pada balok menerus. Kontinuitas dapat diperoleh dengan mengatur penulangan balok beton bertulang tersebut. Tulangan baja diletakkan pada daerah dimana terjadi tegangan tarik. Banyaknya tulangan di setiap lokasi tergantung pada momen yang timbul.

Sumber :

Ariestadi, Dian, 2008, Teknik Struktur Bangunan Jilid 2 untuk SMK, Jakarta : Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, h. 194 – 203.