JENIS - JENIS GAYA PADA MEKANIKA TEKNIK

Gaya Pada Mekanika Teknik

Gaya adalah sesuatu yang dapat menyebabkan benda yang dalam keadaan diam menjadi bergerak atau sebaliknya. Gaya dapat berupa tarikan, dorongan, tekanan dan lain sebagainya. Contohnya adalah bila seseorang menarik sebuah benda dengan batang/tali, maka benda tersebut telah mendapatkan gaya sehingga benda tersebut berpindah.

Gaya pada mekanika teknik dapat diartikan sebagai beban yang bekerja pada suatu konstruksi. Gaya merupakan besaran vektor atau aksi sebuah benda terhadap benda lain yang umumnya ditentukan oleh titik tangkap (kerja), besar dan arah. Sebuah gaya mempunyai besar, arah dan titik tangkap tertentu yang digambarkan dengan anak panah. makin panjang anak panah makin besar gayanya.

Garis yang dilalui gaya disebut garis kerja gaya. Titik tangkap suatu gaya yang bekerja pada benda dapat dipindahkan sepanjang garis kerjanya.

Sistem Gaya

Gaya dalam pengertian Mekanika Teknik adalah muatan pada suatu konstruksi yang dinyatakan dengan sepotong garis. Garis tersebut mempunyai:

A. Besaran, Arah dan Titik Tangkap

• Gaya dalam garis dijumlahkan secara aljabar 
• Gaya dalam bidang dijumlahkan secara vektor 

B. Jenis Gaya

• Gaya Kolinier : gaya - gaya yang garis kerjanya terletak pada satu garis lurus

• Gaya Konkuren : gaya - gaya yang garis kerjanya berpotongan pada satu titik.

 C. Sifat gaya

• Gaya dapat dipindahkan sepanjang garis kerjanya dan tidak berubah sifatnya.
• Beberapa gaya dapat digantikan dengan satu (1) gaya pengganti yang disebut Resultan Gaya
• Gaya boleh dipindahkan dari garis kerjanya apabila pada gaya tersebut ditambahkan suatu besaran kopel dan sifat gaya tidak berubah.
• Kopel adalah 2 buah gaya sejajar sama besarnya dan berlawanan arah. Contoh: gaya dipindahkan

D. Cara pembebanan

Berdasarkan cara pembebanan gaya terbagi menjadi tiga, yaitu:

1. Gaya terpusat/beban terpusat.

    Contoh: beban orang, beban kolom

2. Gaya terbagi 

    Contoh: beban plat beton, beban angin 

    - Terbagi rata
    - Teratur
    - Tidak teratur

3. Gaya momen

    Contoh : papan loncat indah, beban plat lantai 

    - Momen lentur
    - Momen puntir

Gaya - Gaya dalam Elemen Struktur

Berdasarkan cara kerjanya gaya dapat dibagi atas “gaya luar” dan “gaya dalam”.

A. Gaya luar merupakan gaya yang bekerja di luar konstruksi. Gaya ini dapat berupa:

• Gaya vertikal, atau Gaya Lintang atau gaya geser (S), adalah gaya yang tegak lurus terhadap sumbu balok.
  

• Gaya horisontal, atau Gaya Normal (N) adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada bidang dan garis kerja searah atau sejajar sumbu batang/balok, disebut gaya normal sentris. Sedangkan jika gaya bekerja di luar garis kerja gaya, maka gaya normal disebut gaya normal eksentris.

Gaya normal tekan apabila gaya dalam arahnya menuju titik kumpul, bertanda negatif (-). Sebaliknya gaya normal tarik apabila gaya dalam arahnya ke luar dari titik kumpul, bertanda (+).

• Momen lentur (M), Momen adalah suatu kejadian di mana aksi dan reaksi tidak dalam satu garis kerja. Besarnya momen adalah perkalian gaya berat (P) dengan jarak (l) dari gaya ke titik yang ditinjau. Satuan momen adalah satuan gaya dikali satuan jarak (kg.cm, kg.m, ton.cm, ton.m).

Momen disebut positif (M+) jika menyebabkan bendanya berputar menurut arah jarum jam, dan sebaliknya (M-) berlawanan arah jarum jam.

Contoh menghitung momen:

Diketahui : P1 = 100 kg, P2 = 40 kg dan P3 = 80 kg

Hitung      : MA 

Penyelesaian : MA = -P1.2 + P2.4 - P3.6

                               = -100.2 + 40.4 – 80.6 

                               = -200 + 160 – 480

                               = -520 kg.m

• Momen Puntir (Torsi). Kecenderungan gaya untuk memutar benda terhadap suatu sumbu disebut momen puntir dari gaya terhadap sumbu putarnya. Momen puntir adalah besaran gaya, dimana garis kerjanya terletak sepanjang sumbu putarnya.
  

B. Gaya dalam

Gaya dalam adalah gaya yang ada di dalam badan struktur yang berusaha menjaga keseimbangan beban - beban luar yang bekerja pada struktur (Reaksi vertikal/Rv dan Reaksi horisontal/Rh). Aksi gaya eksternal (beban) menyebabkan timbulnya gaya internal (reaksi) di dalam elemen struktur. Timbulnya tegangan dan regangan internal. Tegangan adalah intensitas gaya/satuan luas (N/nm2). 

Reaksi (Rv)

Jika pada balok dengan dua perletakan seperti pada gambar di bawah ini diberikan gaya F yang arahnya ke bawah, maka reaksi perletakan RA & RB mengarah ke atas.

Gaya dalam dapat juga diartikan sebagai gaya pada badan struktur yang timbul akibat adanya keseimbangan gaya aksi dan reaksi. Gaya dalam tidak mungkin timbul jika gaya aksi dan reaksi tidak seimbang. Apabila pada suatu benda bekerja sebuah gaya, maka di dalam benda tersebut terjadi gaya lawan yang besarnya sama dengan gaya tersebut dalam satu garis kerja (gaya aksi = gaya reaksi, hukum Newton III). Tipe gaya internal, yaitu: Tarik, Tekan, Lentur,  Geser, Torsi, Tumpu. 

• Gaya Tarik. Kecenderungan menarik elemen hingga putus. Kekuatan elemen tarik tergantung dari luas penampang, panjang dan materialnya. Tegangan  tarik/ gaya internal tarik terdistribusi merata pada penampang elemen (gaya/luas).
• Gaya Tekan. Kecenderungan menyebabkan hancur atau tekuk pada elemen. Elemen pendek cenderung hancur, elemen panjang dapat tiba-tiba tertekuk/fenomena buckling. Elemen panjang tidak dapat memikul beban yang besar.
• Gaya Lentur. Umumnya terjadi di balok. Jika satu permukaan terjadi tekan, satu permukaan lain terjadi tarik. Tekan dan tarik terjadi pada satu penampang yang sama. Kekuatan terhadap lentur tergantung dari distribusi material pada penampang dan jenis material.
• Gaya Geser. Aksi-aksi gaya berlawanan arah yang menyebabkan bagian struktur tergelincir/geser terhadap yang lain, umumnya terjadi pada balok
• Gaya Torsi. Torsi adalah fenomena puntir, dimana terjadi gaya rotasi berlawanan secara aksial pada penampang elemen struktur. Pada torsi, terjadi gaya tarik dan tekan.