Tegangan regangan Modulus elastisitas dalam Teknik Sipil

Pada ilmu fisika

Tegangan, regangan, dan modulus elastisitas terjadi pada benda yang dikenai gaya tertentu akan mengalami perubahan bentuk. Perubahan bentuk bergantung pada arah dan letak gaya-gaya tersebut diberikan. Ada tiga jenis perubahan bentuk yaitu regangan, mampatan, dan geseran.

Regangan. Renggangan merupakan

perubahan bentuk yang dialami sebuah benda jika dua buah gaya yang berlawanan arah (menjauhi pusat benda) dikenakan pada ujung-ujung benda.
Mampatan. Mampatan adalah perubahan bentuk yang dialami sebuah benda jika dua buah gaya yang berlawanan arah (menuju pusat benda) dikenakan pada ujung-ujung benda.
Geseran. Geseran adalah perubahan bentuk yang dialami sebuah benda jika dua buah gaya yang berlawanan arah dikenakan pada sisi-sisi bidang benda.

Tegangan (stress)

Tegangan (stress) pada benda, misalnya kawat besi, didefinisikan sebagai gaya persatuan luas penampang benda tersebut. Tegangan diberi simbol σ (dibaca sigma). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

σ : F/A

Keterangan:

F : besar gaya tekan/tarik (N)
A : luas penampang (m2)
σ : tegangan (N/m2)

Bila dua buah kawat dari bahan yang sama tetapi luas penampangnya berbeda diberi gaya, maka kedua kawat tersebut akan mengalami tegangan yang berbeda. Kawat dengan penampang kecil mengalami tegangan yang lebih besar dibandingkan kawat dengan penampang lebih besar. Tegangan benda sangat diperhitungkan dalam menentukan ukuran dan jenis bahan penyangga atau penopang suatu beban, misalnya penyangga jembatan gantung dan bangunan bertingkat.

Regangan (strain)

Regangan (strain) didefinisikan sebagai perbandingan antara penambahan panjang benda ΔX terhadap panjang mula-mula X. Regangan dirumuskan sebagai berikut.
ε = ΔX / X

Keterangan:

ε : regangan strain (tanpa satuan)
ΔX : pertambahan panjang (m)
X : panjang mula-mula (m)

Makin besar tegangan pada sebuah benda, makin besar juga regangannya. Artinya, ΔX juga makin besar.

Modulus Elastisitas (Modulus Young )

Selama gaya F yang bekerja pada benda elastis tidak melampaui batas
elastisitasnya, maka perbandingan antara tegangan (σ) dengan regangan (ε) adalah konstan. Bilangan (konstanta) tersebut dinamakan modulus elastis atau modulus Young (E). Jadi, modulus elastis atau modulus Young merupakan perbandingan antara tegangan dengan regangan yang dialami oleh suatu benda. Secara matematis ditulis seperti berikut.

Keterangan:
E = σ /ε

E : modulus Young (N/m2 atau Pascall)

FISIKA DALAM TEKNIK SIPIL
Tegangan - regangan dan modulus elastisitas berhubungan dengan benda atau bahan yang akan digunakan untuk suatu perencanaan struktur. Dan tentunya dalam ilmu teknik sipil, semua rumus dan hukum - hukum dalam suatu ilmu akan selalu berkembang. Hal ini yg menjadikan ilmu Teknik Sipil menjadi suatu ilmu yang menarik dan istimewa. Seorang yang bergelut di bidang teknik sipil juga harus bisa mengaplikasikan suatu rumusan yang juga sangat dipengaruhi oleh faktor keaamanan, dan hal ini juga berlaku pada hubungan tegangan - regangan serta modulus elastisitas pada suatu perhitungan perencanaan Struktur .

HUBUNGAN TEGANGAN, REGANGAN & MODULUS ELASTISITAS

Jika sebuah benda dengan luas penampang sebesar (A), kemudian diberi gaya tekan, tarik atau lentur (N), maka benda tersebut akan menegang sebesar gaya (N) dibagi dengan luasan penampangnya (A). Jika gaya tersebut dari (N) = 0 kemudian berangsur-angsur diperbesar maka benda tersebut akan meregang (memendek/ memanjang/ membengkok) sebesar ε0 sampai dengan ε.

Contoh Soal : Andaikata batang dengan panjang L ditarik hingga menjadi dua kali panjang semula, atau dengan kata lain, pertambahan panjang yang dialami sama dengan panjang semula, sehingga ΔL = L.

ini berarti  ε   =   ΔL / L

               ε   =   L / L

                ε   =   1 ….. (pers. 1)

Jika persamaan 1 dimasukan ke hukum

                    hooke  ε  =  σ / E,

maka didapat  1  =  σ / E

Ini berarti   σ = E

Terlihat berapa besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk meregangkan sebuah benda menjadi dua kali dari panjang semula, yaitu sebesar modulus elastisitasnya (dengan anggapan luas penampangnya tidak berubah) 

Namun dalam kenyataan, tidak selalu tegangan itu berbanding lurus dengan regangan, bahan2 tertentu antara tegangan dan regangan bisa menjadi non-linear, dimana regangan tidak berbanding lurus dengan tegangannya, Bahan benda yang memiliki bentuk diagram tegangan-regangan seperti ini disebut bahan elastis non-linear, dimana bahannya tidak memiliki modulus elastisitas yang konstan. Hukum hooke tidak berlaku dalam keadaan ini.

Dan juga ada suatu keaadaan untuk suatu bahan tertentu dimana  hubungan tegangan-regangan  hubungan linearnya terjadi pada nilai tegangan yang rendah (hukum hooke berlaku) , dan setelah nilai tegangannya naik maka hubungannya tidak linear lagi, sehingga hukum hooke tidak berlaku  .
Sebagai contoh, Bahan dari  bahan baja ( coba cek grafik hubungan tegangan - regangan dari baja)

Dalam ilmu Teknik Sipil, mendesain sebuah struktur bangunan yang direncanakan dengan menggunakan konstruksi beton bertulang, Dalam perencanaan dan proses pelaksanaan mengacu sesuai dengan peraturan dan standar kontruksi indonesia, secara umum yaitu :

1. Pedoman perencanaan beban minimum untuk perancangan bangunan
gedung dan struktur lain SNI 1727-2002

2. Pedoman tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung SNI 1726-2012

3. Pedoman tata cara perencanaan beton SNI BETON 03-2847 -2002

4. Pedoman perencanaan pembebanan indonesia untuk gedung (PPIUG1983)

5.Jika menggunakan struktural baja gedung mengacu kapada SNI 03-1729-2002.

6.Mutu dan material yang digunakan ditentukan berdasarkan hasil pengujian masing-masing material dengan kriteria pengujian yang sesuai dengan pengujian di laboratorium.

6. Beberapa literatur lain dan acuan lain sesuai Standar Nasional Indonesia, yang dianggap perlu pada kondisi konstruksi tertentu maupun perencanaan  dengan penambaham bahan tertentu.

Dimana hal tersebut diatas akan sangat berhubungan dengan tegangan - regangan dan modulus elastisitas akibat suatu konstruksi yang diberi pembebanan tertentu.

Semoga bermanfaat.

#Ilmu fisika.com
# PERENCANAAN STRUKTUR PELAT BETON BERTULANG UNTUK RUMAH TINGGAL 3 LANTAI
Universitas Negeri Semarang
Dikyipan Kriswanto