KEKUATAN BAHAN TEKNIK

Dyah Isworo

1314071017

TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

2015

BAB I. PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Ilmu yang mempelajari tentang kekuatan suatu konstruksi, baik mesin maupun maupun gedung dan bangunan. Suatu konstruksi dapat dikategorikan bagus dan dapat dipertanggung jawabkan (accountable) apabila telah dihitung berdasarkan ilmu kekuatan bahan secara benar disebut dengan kekuatan bahan teknik. Ilmu ini dipelajari tentang banyak hal misalnya : jenis pembebanan yang diberikan, gaya-gaya yang bekerja didalamnya, tegangan-tegangan yang terjadi, jenis bahan dan kasus pembebanan yang diberikan sampai menentukan tegangan yang diizinkan sehingga seorang Engineer dapat menentukan jenis bahan, dimensi dan mengontrol kekuatan suatu konstruksi mekanik sesuai dengan fungsi dari ilmu kekuatan bahan itu sendiri. 

Secara garis besar fungsi dari ilmu kekuatan bahan yakni : 

1. Menentukan dimensi yang proporsional (Apabila beban dan bahan diketahui atau ditentukan).
2. Menentukan beban maksimum (Apabila dimensi dan bahan diketahui atau ditentukan).
3. Menentukan bahan yang sesuai atau cocok (Apabila beban dan dimensi diketahui).
4. Mengontrol kekuatan bahan (Apabila beban, dimensi dan bahan diketahui) dengan melakukan comparisson study antara tegangan yang terjadi dengan tegangan yang diizinkan (Askeland, 1985).

1.2  Tujuan

Tujuan dari makalah ini adalah untuk mengetahui pengertian dari kekuatan bahan teknik serta, mengetahui pengertian tegangan dan regangan, serta poisson ratio dan tabelnya.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

A.    Klasifikasi Material Teknik:

Secara garis besar material teknik dapat diklasifikasikan menjadi :
1. Material logam
2. Material non logam
Berdasarkan pada komposisi kimia, logam dan paduannya dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu:
1. Logam besi / ferrous
2. Logam non besi / non ferrous
Logam-logam besi merupakan logam dan paduan yang mengandung besi (Fe) sebagai unsur utamanya. Logam-logam non besi merupakan meterial yang mengandung sedikit atau sama sekali tanpa besi. Dalam dunia teknik mesin, logam (terutama logam besi / baja) merupakan material yang paling banyak dipakai, tetapi material-material lain juga tidak dapat diabaikan. Material non logam sering digunakan karena meterial tersebut mempunyai sifat yang khas yang tidak dimiliki oleh material logam.
Material non logam dapat dibedakan menjadi beberapa golongan, yaitu:
1. Keramik
2. Plastik (polimer)
3. Komposit

Material keramik merupakan material yang terbentuk dari hasil senyawa (compound) antara satu atau lebih unsur-unsur logam (termasuk Si dan Ge) dengan satu atau lebih unsur-unsur non logam. material jenis keramik semakin banyak digunakan, mulai berbagai abrasive, pahat potong, batu tahan api, kaca, dan lain-lain, bahkan teknologi roket dan penerbangan luar angkasa sangat memerlukan keramik.
Plastik (polimer) adalah material hasil rekayasa manusia, merupakan rantai molekul yang sangat panjang dan banyak molekul MER yang saling mengikat. Pemakaian plastik juga sangat luas, mulai peralatan rumah tangga, interior mobil, kabinet radio/televisi, sampai konstruksi mesin.
Komposit merupakan material hasil kombinasi dari dua material atau lebih, yang sifatnya sangat berbeda dengan sifat masing-masing material asalnya. Komposit selain dibuat dari hasil rekayasa manusia, juga dapat terjadi secara alamiah, misalnya kayu, yang terdiri dari serat selulose yang berada dalam matriks lignin. Komposit saat ini banyak dipakai dalam konstruksi pesawat terbang, karena mempunyai sifat ringan, kuat dan non magnetik.
Sifat mekanik adalah sifat yang menyatakan kemampuan suatu material / komponen untuk menerima beban, gaya dan energi tanpa menimbulkan kerusakan pada material/komponen tersebut.
Beberapa sifat mekanik yang penting antara lain:


1. Kekuatan (strength) merupakan kemampuan suatu material untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan material menjadi patah. Berdasarkan pada jenis beban yang bekerja, kekuatan dibagi dalam beberapa macam yaitu kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan torsi, dan kekuatan lengkung.
2. Kekakuan (stiffness) adalah kemampuan suatu material untuk menerima tegangan/beban tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi atau difleksi.
3. Kekenyalan (elasticity) didefinisikan sebagai kemampuan meterial untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan, atau dengan kata lain kemampuan material untuk kembali ke bentuk dan ukuran semula setelah mengalami deformasi (perubahan bentuk).
4. Plastisitas (plasticity) adalah kemampuan material untuk mengalami deformasi plastik (perubahan bentuk secara permanen) tanpa mengalami kerusakan. Material yang mempunyai plastisitas tinggi dikatakan sebagai material yang ulet (ductile), sedangkan material yang mempunyai plastisitas rendah dikatakan sebagai material yang getas (brittle).
5. Keuletan (ductility) adalah sutu sifat material yang digambarkan seprti kabel dengan aplikasi kekuatan tarik. Material ductile ini harus kuat dan lentur. Keuletan biasanya diukur dengan suatu periode tertentu, persentase keregangan. Sifat ini biasanya digunakan dalam bidan perteknikan, dan bahan yang memiliki sifat ini antara lain besi lunak, tembaga, aluminium, nikel, dll.
6. Ketangguhan (toughness) merupakan kemampuan material untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan.
7. Kegetasan (brittleness) adalah suatu sifat bahan yang mempunyai sifat berlawanan dengan keuletan. Kerapuhan ini merupakan suatu sifat pecah dari suatu material dengan sedikit pergeseran permanent. Material yang rapuh ini juga menjadi sasaran pada beban regang, tanpa memberi keregangan yang terlalu besar. Contoh bahan yang memiliki sifat kerapuhan ini yaitu besi cor.
8. Kelelahan (fatigue) merupakan kecenderungan dari logam untuk menjadi patah bila menerima beban bolak-balik (dynamic load) yang besarnya masih jauh di bawah batas kekakuan elastiknya.
9. Melar (creep) merupakan kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastik bila pembebanan yang besarnya relatif tetap dilakukan dalam waktu yang lama pada suhu yang tinggi.
10. Kekerasan (hardness) merupakan ketahanan material terhadap penekanan atau indentasi / penetrasi. Sifat ini berkaitan dengan sifat tahan aus (wear resistance) yaitu ketahanan material terhadap penggoresan atau pengikisan (Dieter, 1993).

BAB III. PEMBAHASAN

Kekuatan bahan mempelajari tentang banyak hal misalnya : jenis pembebanan yang diberikan, gaya-gaya yang bekerja didalamnya, tegangan-tegangan yang terjadi, jenis bahan dan kasus pembebanan yang diberikan sampai menentukan tegangan yang diizinkan sehingga seorang Engineer dapat menentukan jenis bahan, dimensi dan mengontrol kekuatan suatu konstruksi mekanik sesuai dengan fungsi dari ilmu kekuatan bahan itu sendiri. Kekuatan bahan merupakan ilmu yang mempelajari tentang kekuatan suatu konstruksi, baik mesin maupun maupun gedung dan bangunan. Suatu konstruksi dapat dikategorikan bagus dan dapat dipertanggung jawabkan (accountable) apabila telah dihitung berdasarkan ilmu kekuatan bahan secara benar.

1. Tegangan (Stress)

Tegangan adalah “ Perbandingan antara gaya tarik yang bekerja terhadap luas penampang benda” . Tegangan dinotasikan dengan (sigma), satunnya Nm^-2.

Stress:  σ = F/A           F: gaya tarikan, A: luas penampang

2       Regangan (Strain)

Regangan adalah “Perbandingan antara pertambahan panjang L terhadap panjang mula-mula(L_o)”
Strain:  ε  = ΔL/L        ΔL: pertambahan panjang, L: panjang awal

Regangan dinotasikan dengan e dan tidak mempunyai satuan.
Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:
E = σ / ε

Poisson’s Ratio adalah sebuah konstanta elastik yang merepresentasikan sifat fisis batuan.

Pengertian fisis Poisson’s Ratio dapat dijelaskan dengan contoh sebagai berikut: Bayangkan sebuah sampel batuan yang berbentuk selinder dengan panjang L dan jari-jari R. Sampel tersebut ditekan dengan gaya berkekuatan F. Karena tekanan tersebut maka panjang sample akan memendek dan jari-jarinya akan melebar. Jika perubahan panjangnya adalah dL dan perubahan jari-jarinya adalah dR, maka besaran Poisson’s Ratio adalah dR/dL.

Poisson’s Ratio dapat dituliskan sebagai fungsi dari kecepatan gelombang kompresi dan geser:

Berdasarkan hasil uji laboratorium, setiap batuan memiliki nilai Poisson’s Ratio yang spesifik, misalnya: Sedimen laut dangkal (Hamilton, 1976) memiliki kisaran Poisson’s Ration antara 0.45-0.50; Batupasir tersaturasi air garam (Domenico, 1976): 0.41; Batupasir tersaturasi gas (Domenico, 1976): 0.10

Dari hasill uji lab Domenico (1976) kita melihat bahwa batupasir yang tersaturasi gas memiliki Poisson’s Ratio 25% lebih rendah dibandingkan batupasir yang tersaturasi air garam. Adanya kontras Poisson’s Ratio yang tajam pada lapisan batuan akibat kehadiran gas, seringkali sifat fisis ini digunakan untuk mendeterminasi zona akumulasi gas (Backofen, 1972).

Gambar dibawah ini menunjukkan hubungan antara besaran Poisson’s Ratio sebagai fungsi dari prosentase kehadiran gas dalam batuan bersamaan dengan sifat kecepatan gelombang.

Material	Poisson's Ratio - μ -
Upper limit	0.5
Aluminum	0.334
Aluminum, 6061-T6	0.35
Aluminum, 2024-T4	0.32
Beryllium Copper	0.285
Brass, 70-30	0.331
Brass, cast	0.357
Bronze	0.34
Concrete	0.1 - 0.2
Copper	0.355
Cork	0
Glass, Soda	0.22
Glass, Float	0.2 - 0.27
Granite	0.2 - 0.3
Ice	0.33
Inconel	0.27 - 0.38
Iron, Cast - gray	0.211
Iron, Cast	0.22 - 0.30
Iron, Ductile	0.26 - 0.31
Iron, Malleable	0.271
Lead	0.431
Limestone	0.2 - 0.3
Magnesium	0.35
Magnesium Alloy	0.281
Marble	0.2 - 0.3
Molybdenum	0.307
Monel metal	0.315
Nickel Silver	0.322
Nickel Steel	0.291
Polystyrene	0.34
Phosphor Bronze	0.359
Rubber	0.48 - ~0.5
Stainless Steel 18-8	0.305
Steel, cast	0.265
Steel, Cold-rolled	0.287
Steel, high carbon	0.295
Steel, mild	0.303
Titanium (99.0 Ti)	0.32
Wrought iron	0.278
Z-nickel	0.36
Zinc	0.331

BAB IV. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Kesimpulan dari pembahasan di atas adalah sebagai berikut

1.      Suatu konstruksi dapat dikategorikan bagus dan dapat dipertanggung jawabkan (accountable) apabila telah dihitung berdasarkan ilmu kekuatan bahan secara benar.

2.      Tegangan adalah Perbandingan antara gaya tarik yang bekerja terhadap luas penampang benda sedangkan Regangan adalah Perbandingan antara pertambahan panjang L terhadap panjang mula-mula(L_o).

3.      Poisson’s Ratio adalah sebuah konstanta elastik yang merepresentasikan sifat fisis batuan.

4.      Berdasarkan hasil uji laboratorium, setiap batuan memiliki nilai Poisson’s Ratio yang spesifik, misalnya: Sedimen laut dangkal (Hamilton, 1976) memiliki kisaran Poisson’s Ration antara 0.45-0.50; Batupasir tersaturasi air garam (Domenico, 1976): 0.41; Batupasir tersaturasi gas (Domenico, 1976): 0.10.

DAFTAR PUSTAKA

1.      Askeland., D. R., 1985, “The Science and Engineering of Material”, Alternate Edition, PWS Engineering, Boston, USA

2.      Dieter, E. George, 1993, “Metalurgi Mekanik”, Jakarta: PT. Gelora Aksara Pratama.

3.      Backofen, W. A., 1972, “Deformation Processing”, Addison-Willey Publishing Company, Massachusett