STATIKA - PENGENALAN DAN PRINSIP DASAR

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.

Beban merata berbentuk persegi panjang

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