MEKANIKA BAHAN TEGANGAN DAN REGANGAN FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK JURUSAN TEKNIK, PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN MEKANIKA BAHAN TEGANGAN DAN REGANGAN Hamdani, S.T, S.Pdi, M.Eng

TEGANGAN P (a) (b) a Tarik Tekan Tegangan normal ialah tegangan yang bekerja tegak lurus terhadap bidang Apabila gaya-gaya dikenakan pada ujung-ujung batang sedemikian sehingga batang dalam kondisi tertarik, maka terjadi suatu tegangan tarik pada batang; jika batang dalam kondisi tertekan maka terjadi tegangan tekan

tegangan geser ialah tegangan yang bekerja sejajar dengan bidang pembebanan Tegangan geser terjadi jika suatu benda bekerja dengan dua gaya yang berlawanan arah, tegak lurus sumbu batang, gaya tidak segaris namun pada penampangnya tidak terjadi momen. Tegangan ini banyak terjadi pada konstruksi seperti sambungan keling, gunting, dan sambungan baut.

REGANGAN NORMAL 203 mm 51 mm Pertambahan panjang diukur secara mekanik maupun optik (ekstensometer) atau dengan melekatkan suatu tipe tahanan elektrik yang biasa disebut strain gage pada permukaan bahan. Tahanan strain gage berisi sejumlah kawat halus yang dipasang pada arah aksial terhadap batang. Degan pertambahan panjang pada batang maka tahanan listrik kawat-kawat akan berubah dan perubahan ini dideteksi pada suatu jembatan Wheatstone dan diinterpretasikan sebagai perpanjangan

HUBUNGANTEGANGAN DAN REGANGAN O A B C D E F G Grafik hubungan tegangan dan regangan pada salah satu material yaitu baja

σ ε O P Y U B ● Gb. 1 Gb. 2 Gb. 3 σ ε O Y ● ε1 O’ Gb. 5 Gb. 4 Gambar 1 adalah kurva tegangan regangan untuk baja karbon-medium, Gb. 2 untuk baja campuran, dan Gb.3 untuk baja karbon-tinggi dengan campuran bahan nonferrous. Untuk campuran nonferrous dengan besi kasar diagramnya ditunjukkan pada Gb. 4, sementara untuk karet ditunjukkan pada Gb. 5.

Proportional Limit Titik O hingga A dinamakan daerah proporsional limit. Pada area ini regangan yang terbentuk proporsional dengan tegangan yang bekerja. Definisi: tegangan yang membentuk kurva tegangan regangan mulai terdeviasi dari garis lurus.

Elastic Limit Titik A hingga B dinamakan daerah elastic limit. Pada area ini material akan kembali kebentuk semula ketika tegangan dihilangkan. Definisi: tegangan yang bekerja pada material tanpa menyebabkan deformasi permanen.

Yield Point Jika material terus diberikan tegangan hingga di atas titik B, keadaan plastis akan tercapai, dan pada titik ini ketika beban dihilangkan material tidak akan bisa kembali ke bentuk semula. Diatas titik B, regangan yang terjadi akan bertambah dengan cepat, sedangkan pertambahan tegangannya kecil hingga tercapai titik C, dan terjadi penurunan kecil tegangan pada titik D, segera setelah proses peluluhan berhenti. Sehingga ada dua titik luluh, yaitu titik C (titik luluh atas) dan titik D (titik luluh bawah). Tegangan yang bekerja pada titik luluh ini dinamakan tegangan luluh (yield stress)

Ultimate stress Titik E dinamakan titik Ultimate stress, yaitu titik dimana tegangan maksimum terjadi, yang didefinisikan sebagai beban terbesar dibagi dengan luas area mula-mula (origin) dari bahan.

Breaking stress Setelah spesimen mencapai titik ultimate, akan terjadi proses necking, yaitu pengecilan luas penampang area. Tegangan kemudian terus berkurang hingga spesimen patah pada titik F.

Sifat-sifat bahan teknik pada 20°C Berat spesifik KN/m3 Modulus Young Gpa Tegangan maksimum kPa Koefisien ekspansi 10e-6/°C Rasio Poisson I. Metal dalam bentuk papan, batang atau blok Aluminium campuran Kuningan Tembaga Nikel Baja Titanium campuran 27 84 87 77 44 70-79 96-110 112-120 210 195-210 105-210 310-550 300-590 230-380 310-760 550-1400 900-970 23 20 17 13 12 8-10 0.33 0.34 0.31 0.30 II. Non-metal dalam bentuk papan, batang atau blok Beton Kaca 24 26 25 48-83 24-81 70 11 5-11 0.23 III. Bahan dengan filamen (diameter < 0.025 mm) Aluminium oksida Barium carbide Grafit 38 22 690-2410 450 345 980 13800-27600 6900 7000-20000 20000 IV. Bahan komposit (campuran) Boron epoksi Kaca-S diperkuat epoksi 19 21 66.2 1365 1900 4.5 Sifat-sifat bahan teknik pada 20°C

Persentase pengurangan luas area (pria) A = luas area awal a = luas area pada neck

Persentase elongation (pe) L = panjang spesimen awal l = panjang spesimen akhir

CONTOH Sebuah batangan baja lunak dengan diameter 12 mm, diuji tarik dengan panjang mula-mula 60 mm. Data hasil pengujian : Panjang akhir : 80 mm Diameter akhir : 7 mm Beban luluh : 3,4 ton Beban ultimate: 6,1 ton. Hitung (a) tegangan luluh, (b) tegangan tarik maksimum, (c) PRIA dan (d) PE.

JAWAB Luas penampang batang mula-mula : Luas penampang batang akhir : a. Tegangan luluh (yield stress) : b. Tegangan tarik Maksimum (UTS): c. PRIA : d. PE :

HUBUNGAN TEGANGAN DAN REGANGAN (HUKUM HOOKE) hubungan tegangan-regangan untuk nilai regangan yang cukup kecil adalah linier. Hubungan linier antara pertambahan panjang dan gaya aksial yang menyebabkannya pertama kali dinyatakan oleh Robert Hooke pada 1678 yang kemudian disebut Hukum Hooke. dimana E menyatakan kemiringan (slope) garis lurus OP pada kurva-kurva

SIFAT SIFAT MEKANIS BAHAN Kekakuan (stiffnes): Sifat bahan mampu renggang pada tegangan tinggi tanpa diikuti regangan yang besar. Contoh baja Kekuatan (strength): sifat bahan yang ditentukan oleh tegangan paling besar material mampu renggang sebelum resak (failure) ini dapat didefinisikan sebagai batas proporsionalitas. Elastisitas (elasticity): sifat material yang dapat kembali ke dimensi awal setelah beban dihilangkan. Keuletan (ductility): sifat bahan yang mampu deformasi terhadap beban tarik sebelum benar-benar patah (rupture).Analogi material yang dapat ditarik menjadi kawat tipis tanpa rusak.

Kegetasan (brittleness) : tidak adanya deformasi plastis sebelum rusak Kegetasan (brittleness) : tidak adanya deformasi plastis sebelum rusak. (tidak ada tanda tanda jika materialnya rusak). Contoh batu, semen cor,dll. Kelunakan (malleability): sifat bahan yang mengalami deformasi plastis terhadap beban tekan yang bekerja sebelum benar benar patah. Ketangguhan (toughness): sifat material yang mampu menahan beban impak tinggi atau beban kejut.(sebagian energi diserap dan sebagian dipindahkan). Kelenturan(resilience): sifat material yang mampu menerima beban inpak tinggi tanpa menimbulkan tegangan lebih pada batas elastis.

SAMPAI SINI DULU YA… MATURNUWUN