Statika adalah salah satu cabang dari mekanika teknik yang berhubungan
dengan analisis gaya-gaya yang bekerja pada sistem struktur yang dalam
keadaan diam/statis dan setimbang. Gaya-gaya yang dimaksud disini pada
umumnya termasuk gaya itu sendiri dan juga momen. Di dalam statika,
sistem struktur diidealisasikan/dianggap sangat kaku sehingga pengaruh
dari lendutan tidak diperhatikan. Ilmu statika umumnya merupakan salah
satu mata kuliah bidang teknik pertama yang diberikan di level
universitas. Prinsip-prinsip yang dipelajari dalam statika cukup
mendasar dan mudah dipahami, hanya memerlukan sedikit dari hukum-hukum
fisika mekanika dan matematika dasar. Akan tetapi, karena bidang teknik
adalah bidang yang mengaplikasikan teori ke dalam dunia praktis, banyak
penyederhanaan yang harus dilakukan sebelum suatu struktur bisa
dianalisis dengan ilmu statika. Ini yang kadang membuat statika sulit
untuk dipahami oleh sebagian orang. Elemen-elemen struktur yang dibahas
dalam statika sudah berupa model dari bangunan fisik. Sedangkan
pemodelan itu sendiri tidak secara terinci dibahas dalam statika, karena
memerlukan tingkat pengetahuan yang lebih tinggi dan juga pengalaman.
Perlu ditekankan disini bahwa meskipun dalam statika hanya membahas
hal-hal yang relatif mudah, bukan berarti pengetahuan yang didapat
disini tidak ada pengaplikasiannya di dunia kerja. Banyak
struktur-struktur penting yang telah berhasil dibangun dan beroperasi
hanya dengan mengunakan prinsip-prinsip statika. Gambar-gambar berikut
adalah contoh-contoh struktur jembatan yang didesain dengan menggunakan
konsep-konsep dasar yang pelajari dalam statika.
Jembatan sedernahana menggunakan konsep balok diatas dua tumpuan.
Metode konstruksi kantilever untuk jembatan.
Konsep dasar dari statika adalah
kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada suatu struktur. Artinya semua
gaya-gaya yang bekerja pada suatu struktur adalah dalam keadaan
setimbang, baik struktur itu ditinjau secara keseluruhan maupun
sebagian. Jadi hukum Newton ketiga, yaitu jika ada aksi maka akan
diimbangi oleh reaksi. Artinya jumlah gaya-gaya yang bekerja adalah nol.
Berikut akan kita coba bahas hal-hal penting di dalam statika
seperti gaya, momen, free-body diagram.
Gaya
Gaya secara sederhana bisa dikatakan
sebagai suatu tarikan atau dorongan terhadap sebuah objek. Jadi kalau
kamu menarik tambang yang diikatkan ke sebuah pohon, berarti kamu
memberi gaya yang berupa tarikan terhadap pohon tersebut. Tergantung
besarnya pohon dan juga gaya tarik yang kamu berikan, pohon itu
bisa roboh, miring atau sama sekali tidak bergeming. Jadi jelas disini
bahwa gaya (tarikan atau dorongan/tekanan) tidak selalu menyebabkan
objek yang dikenakan bergerak/berubah lokasi. Untuk yang dorongan bisa
dicontohkan dengan mobil yang sedang berada di atas jembatan. Mobil itu
akan berusaha mendorong/menekan jembatan ke bawah.
Besarnya dorongan oleh mobil terhadap jembatan dalam hal ini adalah
sebesar berat dari mobil tersebut karna gaya berat bekerja ke arah
bawah. Kalau jembatan didesain secara benar harusnya jembatan tersebut
sanggup menahan gaya akibat mobil tersebut. Secara ringkas gaya adalah
sebuah besaran yang bertendensi mendorong/merubah bentuk objek yang
dikenakan dalam arah gaya tersebut bekerja. Bukan berarti objek yang
dikenakan gaya akan berubah bentuk atau bergerak.
Gaya adalah sebuah besaran vektor, yang
secara umum artinya sebuah besaran yang tidak hanya bergantung pada
besarnya saja, tapi juga arahnya. Untuk gaya, selain dua hal di atas
juga bergantung pada titik bekerjanya. Jadi gaya mempunyai tiga
karakteristik, yaitu besarnya, arahnya dan juga titik/lokasi bekerjanya
yang biasanya direpresentasikan garis bertanda panah seperti terlihat
pada gambar dibawah ini. Titik aplikasi bisa direpresentasikan oleh
pangkal atau ujung/kepala dari gambar anak panah.
Artinya jika satu atau lebih dari tiga
karakteristik ini dirubah, maka efeknya terhadap objek yang dikenakan
gaya tersebut akan berubah juga. Besarnya gaya jelas pengaruhnya.
Sebagai contoh, kalau kita berusaha mendorong mobil yang relative besar
sendirian, kemungkinan besar mobil tidak bergerak karena gaya yang kita
berikan ke mobil tidak cukup besar. Tetapi jika kita minta bantuan dua
orang lagi untuk membantu mendorong mobil, maka besar kemungkinan mobil
bisa didorong oleh tiga orang tersebut karena gaya yang ditimbulkan oleh
ketiga orang tersebut lebih besar dibandingkan dengan gaya yang
dihasilkan oleh satu orang. Arah dari gaya jelas mempunyai efek terhadap
benda yang dikenai gaya tersebut seperti terlihat pada gambar dibawah
ini dimana sebuah gaya diaplikasikan terhadap sebuah peti dalam dua arah
berbeda, horisontal dan vertikal. Walaupun kedua gaya tersebut
mempunyai besar dan titik aplikasi yang sama, akan tetapi reaksi peti
tersebut terhadap gaya horisontal akan berbeda jika dibandingkan dengan
reaksi terhadap gaya vertikal.
Sedangkan titik aplikasi bisa di gambarkan
sebagai berikut dimana sebuah jembatan sederhana yang didukung oleh
tumpuan kiri dan tumpuan kanan. Jika gaya yang bekerja posisinya dekat
dengan tumpuan yang sebelah kiri (gaya direpresentasikan oleh garis
penuh) maka kita dapat merasakan bahwa tumpuan yang kiri akan menerima
gaya yang lebih besar dari tumpuan yang sebelah kanan. Sebaliknya jika
gaya yang bekerja dekat dengan tumpuan yang sebelah kanan (gaya
direpresentasikan oleh garis putus-putus) maka tumpuan sebelah kanan
yang akan menerima gaya yang lebih besar. Disini terlihat bagaimana
merubah titik aplikasi dari gaya merubah reaksi yang terjadi dari sistem
struktur.
Jenis-Jenis Gaya Aksi (Gaya Luar)
Beban Terpusat (
Point Load):
Beban terpusat adalah pembebanan paling sederhana. Pembebanan ini hanya
bekerja pada satu titik pegang dengan arah dan besaran tertentu.
Beban Merata (
Uniformly Distributed Load):
Beban merata adalah pembebanan yang bekerja di atas daerah tertentu dan
dapat mempunyai bentuk yang bervariasi (persegi panjang, segitiga,
parabola). Pembebanan ini dinotasikan degan q (kN/m). Besar gaya
beban merata dihitung dengan cara mencari luasan beban merata yang
bekerja pada titik berat jenis beban merata.
.png) |
| Beban merata berbentuk persegi panjang |
.png) |
| Beban merata berbentuk segitiga |
Letak titik berat beban merata :
Untuk beban merata berbenuk trapesium, dapat dipecah menjadi dua beban merata (satu persegi panjang, satu segitiga)
Momen:
Beban luar ketiga yang juga sering dijumpai adalah beban berupa momen.
Beban momen mempunyai besaran momen (kNm) dengan arah putaran (searah
jarum jam atau berlawanan arah jarum jam).
 |
| Beban berupa momen |
Berdasarkan kemampuan untuk bergerak atau tidak, beban juga dapat dikategorikan menjadi:
Beban Mati (
Dead Loads):
Kita mengenal yang disebut beban mati yaitu beban yang tidak bisa
dipindah-pindahkan (posisinya tetap) di mana beban tersebut adalah gaya
yang garis kerjanya adalah sama dengan arah gravitasi bumi. Pembebanan
seperti ini biasanya berupa beban akibat beratnya sendiri atau akibat
elemen-elemen lain yang melekat pada konstruksi tersebut secara
pernamen. Contoh-contoh beban mati adalah berat lantai, dinding, kolum,
atap, dll.
Beban Hidup (
Live Loads)
Beban hidup berbeda dengan mati karena bersifat dinamis, sehingga dapat
bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain. Contoh beban hidup
adalah truk yang berjalan di atas satu jembatan dan gaya yang bekerja
pada jembatan adalah berat truk yang dipikul oleh roda-roda truk.
Ada pula terdapat beban kenaan pada bangunan ( imposed load ) . Mereka kadangkala penting dalam reka bentuk bangunan. Antaranya adalah :
- beban angin - beban angin pada bangunan adalah dalam bentuk beban
yang seragam (distributed) yang boleh bertindak pugak dari permukaan
bangunan atau selari dengannya.
getaran dan gempa bumi - kesan yang tepat dari gempa bumi adalah
pergerakan / getaran bumi yang berlaku dari kejutan gelombang dari pusat
gempabumi. Getaran boleh menyebabkan masalah kepada bangunan serta
penghuninya.
Persamaan Kesetimbangan
Di dalam statika, ada tiga syarat yang harus dipenuhi untuk keadaan statis, yaitu:
ΣV=0 (gaya vertikal)
ΣH=0 (gaya horisontal)
ΣM=0 (momen gaya)
Artinya untuk suatu sistem yang statis, jumlah gaya vertikal dan
horisontal harus nol (saling menghabiskan/tidak bergeser) dan jumlah
momen untuk setiap titik harus nol (tidak berputar).
Apabila satu sistem terima beban luar, dia akan bergerak, maka
diperlukan perletakan untuk memberi gaya reaksi untuk melawan gaya luar
tersebut, sehingga sistem dalam keadaan statis.
Konstruksi Serta Perletakannya
Komponen-komponen yang harus diperhatikan selain beban eksternal adalah
beban reaksi akibat beban luar pada suatu konstruksi. Gaya reaksi ini
berasal dari perletakan yang terdapat pada suatu konstruksi yang
berfungsi untuk menyimbangi gaya-gaya luar yang bekerja pada konstruksi
tersebut. Di statika dikenalkan tiga tipe perletakan dasar, dengan
sejumlah reaksi perletakan masing-masing.
- Perletakan Rol (roller support) : Perletakan ini hanya memiliki satu gaya
reaksi yang arahnya tegak lurus permukaan perletakan. Perletakan rol
dapat bebas bergerak secara translateral (samping) dan dapat berputar,
tetapi tidak dapat bergerak sejajar arah reaksi perletakan.
- Perletakan Sendi (pin support) : Perletakan ini memiliki dua gaya
reaksi, satu dalam arah horizontal (Fx) dan satu lagi dalam arah
vertikal (Fy), tetapi perletakan ini tidak dapat menahan momen (putaran)
sehingga tidak mempunyai reaksi momen. Pada perletakan ini sistem
tidak dapat mengalami translasi tetapi masih dapat mengalami putaran.
- Perletakan Jepit (fixed support) : Perletakan ini memiliki tiga gaya
reaksi, gaya reaksi dalam arah horizontal, gaya reaksi dalam arah
vertikal, dan reaksi momen, sehingga perletakan ini dapat menahan
translasi dalam segala arah dan rotasi.
Contoh-contoh Konstruksi Lengkap dengan Pembebanan dan Reaksinya
Daftar Pustaka:
http://www.tekniksipil.org/mekanika-teknik/statika-pengenalan/
http://kuliahteksipil.blogspot.co.id/2014/12/prinsip-prinsip-dasar-statika.html
