BUKU PEGANGAN TUGAS MERENCANA

PROGRAM STUDI “ P.B.K ”. PROGRAM DIPLOMA I

DISUSUN OLEH :

Ir. BAMBANG TEGUH SETIAWAN

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2000

1

DAFTAR ISI

Halaman

Bab. I. Pendahuluan ………………………………………………………………..3

Bab. II. Sistematika pembuatan karya tulis ilmiah …………………………………4

II.1. Bab pendahuluan ………………………………………………………4

II.1.1. Latar belakang permasalahan ………………………………..4

II.1.2. Rumusan masalah ……………………………………………4

II.1.3. Tujuan ……………………………………………………….4

II.1.3.1. Tujuan umum ……………………………………...4

II.1.3.2. Tujuan khusus ……………………………………..5

II.1.4. Manfaat ……………………………………………………...5

II.2. Bab isi …………………………………………………………………5

II.2.1. Tinjauan pustaka …………………………………………… 5

II.2.2. Kerangka konseptual ……………………………………….. 6

II.2.3. Metoda penelitian …………………………………………... 6

II.2.4. Hasil penelitian dan analisis hasil penelitian ………………. 6

II.2.5. Pembahasan ………………………………………………… 7

II.3. Bab penutup ………………………………………………………….. 8

II.3.1. Kesimpulan dan saran ……………………………………… 8

II.3.2. Daftar pustaka ……………………………………………… 8

II.3.3. Lampiran ……………………………………………………10

Bab. III. Teori singkat mekanika …………………………………………………. 10

III.1. Tegangan …………………………………………………………… 10

III.2. Kerangka truss ……………………………………………………... 13

III.3. Teori balok …………………………………………………………. 18

III.4. Torsi ………………………………………………………………... 29

2

III.5. Kolom ……………………………………………………………… 45

Bab. IV. Soal kasus perencanaan ………………………………………………... 49

Bab. V. Daftar pustaka ………………………………………………………….. 55

3

Bab. I. Pendahuluan

Sesuai dengan kurikulum yang telah ditetapkan pada Program Studi

“Penggambaran Berbasis Komputer” Program Diploma I bahwa menjelang akhir catur

wulan ketiga diberikan kuliah Tugas Merencana. Kuliah ini merepresentasikan

akumulasi semua kemampuan yang telah dimiliki mahasiswa melalui kuliah dan

praktikum yang telah didapatkan pada periode sebelumnya.

Pada kuliah Tugas Merencana, mahasiswa akan melakukan proses perencanaan

pembuatan suatu barang atau bagian dari barang. Kegiatan ini akan meliputi :

1. Penentuan barang yang akan dipilih.

2. Memahami fungsi umum barang tersebut dan fungsi setiap bagian-bagian

dari barang tersebut.

3. Membuat sketsa awal dari barang.

4. Memilih dan menentukan rumus, ketentuan, pedoman atau peraturan yang

akan dipakai pada perencanaan barang.

5. Memilih dan menentukan bahan atau material yang akan dipakai pada

bagian-bagian barang.

6. Menggambar barang yang akan dibuat dengan skala sebenarnya sesuai

dengan ketentuan yang telah ditentukan pada teori menggambar teknik.

Selanjutnya proses perencanaan barang tersebut disusun menjadi suatu karya tulis

ilmiah dengan prosedur seperti telah ditentukan. Pada akhir kuliah mahasiswa

menyerahkan laporan hasil perencanaan barang yang dibuat.

4

Bab.II. Sistematika pembuatan karya tulis ilmiah

II.1. Bab Pendahuluan

II.1.1. Latar belakang permasalahan

Latar belakang permasalahan berisi uraian tentang apa yang menjadi masalah

penelitian, alasan mengapa masalah tersebut penting dan perlu diteliti.

Masalah tersebut harus didukung oleh fakta empiris sehingga jelas, memang ada

masalah yang perlu diteliti. Juga harus ditunjukkan letak masalah yang akan diteliti

dalam konteks permasalahan yang lebih luas, serta peranan penelitian tersebut dalam

pemecahan permasalahan yang lebih luas.

II.1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah adalah rumusan secara kongrit masalah yang ada, dalam

bentuk pertanyaan atau pernyataan yang kebenarannya dipertanyakan.

II.1.3. Tujuan

II.1.3.1. Tujuan umum

Tujuan umum merupakan tujuan penelitian secara keseluruhan yang ingin

dicapai melalui penelitian.

5

II.1.3.2. Tujuan khusus

Tujuan khusus merupakan penjabaran atau pentahapan tujuan utama, sifatnya

lebih operasional. Bila semua tujuan khusus tercapai, maka tujuan umum penelitian

juga akan terpenuhi.

II.1.4. Manfaat

Berisi uraian tentang manfaat penelitian dan operasionalisasi hasilnya. Manfaat

penelitian bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan penggunaan praktis yang

dimanfaatkan oleh ilmuwan lain untuk mengembangkan ilmu pengetahuan, teknologi

dan seni dan lebih baik lagi bila dapat dimanfaatkan oleh masyarakat.

II.2. Bab Isi

II.2.1. Tinjauan Pustaka

Memuat uraian sistematik tentang fakta, hasil penelitian sebelumnya, yang

berasal dari pustaka mutakhir yang memuat teori, proposisi, konsep atau pendekatan

terbaru yang ada hubungannya dengan penelitian yang akan dilakukan dalam penulisan

penelitian. Fakta yang digunakan sejauh mungkin diambil dari sumber aslinya (primer).

Semua sumber yang dipakai harus disebutkan dengan mencantumkan nama penulisnya.

6

Tata cara penulisan kepustakaan harus sesuai dengan ketentuan tentang cara penulisan

kepustakaan.

II.2.2. Kerangka konseptual

Kerangka konseptual dijabarkan atau disintesis dari tinjauan pustaka sebagai

paradigma sekaligus tuntutan untuk memecahkan masalah penelitian dan merumuskan

hipotesa. Kerangka konseptual penelitian dapat berbentuk uraian kualitatif, model

matematik atau persamaan fungsional.

II.2.3. Metode penelitian

Memuat rancangan penelitian yang digunakan.

II.2.4. Hasil penelitian dan analisis hasil penelitian

II.2.4.1. Hasil penelitian

Memuat semua hasil penelitian yang relevan dengan tujuan penelitian dan

hipotesisnya. Penyajian hasil penelitian dapat disertai tabel, grafik, foto atau bentuk

penyajian yang lain. Tata cara penyajian tabel, grafik, foto harus sesuai dengan

ketentuan.

7

II.2.4.2. Analisis hasil penelitian

Memuat analisis hasil penelitian. Jika digunakan analisis statistik hanya dimuat

tampilan akhir yang menunjukkan hasilnya, sedangkan perhitungan statistiknya dimuat

sebagai lampiran.

II.2.5. Pembahasan

Bagian ini merupakan bagian terpenting dari penelitian. Bagian ini menunjukkan

tingkat penguasaan peneliti terhadap paradigma, konsep dan teori yang digunakan,

dipadukan dengan hasil penelitian.

Sekurang-kurangnya pembahasan penelitian mencakup hal-hal sebagai berikut :

1. Menalar hasil penelitian secara teoritik dan atau empirik, sehingga dapat

menjelaskan rumusan masalah yang diajukan.

2. Merumuskan teori yang dihasilkan dari penelitian.

3. Memadukan temuan penelitian dengan hasil penelitian sebelumnya serta

bagaimana kaitannya dengan penelitian ini.

4. Memahami keterbatasan penelitian yang dilakukan sehingga dapat

memberikan saran bagi penelitian selanjutnya.

8

II.3. Bab penutup

II.3.1. Kesimpulan dan saran

II.3.1.1. Kesimpulan

Kesimpulan merupakan generalisasi (sintesis) dari pembahasan, yang sekurang-

kurangnya terdiri atas :

1. Jawaban terhadap rumusan masalah.

2. Hal baru yang ditemukan dan prospeknya.

II.3.1.2. Saran

Merupakan implikasi hasil penelitian terhadap pengembangan ilmu pengetahuan

dan penggunaan praktis. Sekurang-kurangnya memberi saran bagi penelitian

selanjutnya, sebagai hasil pemikiran peneliti atas keterbatasan penelitian yang

dilakukan.

II.3.2. Daftar pustaka

Memuat semua pustaka yang dijadikan rujukan dalam menulis penelitian.

Penulisan daftar pustaka harus sesuai dengan ketentuan yang telah ditetapkan.

9

Contoh pedoman penulisan daftar pustaka :

1. Untuk buku.

Arief BAS, Bayu BAS, 1992. Pedoman penyusunan karya tulis ilmiah. st1

edition, Surabaya University Press, hal 200 – 300.

Vorherr H, 1980. Treatment of primary and recurrant breast cancer. In

breast cancer : Epidemiology, Endocrinology, Biochemistry and

Pathology. Baltimore : Urban and Schwarzenberg, pp 374 – 408.

2. Untuk majalah.

Bishop J, 1987. The Molecular genetics of cancer. Science 235: 305 – 311.

3. Untuk Skripsi, Tesis atau Disertasi.

Dunnington DJ, 1984. The development and study of single-cell-clone

metastazing mammary tumor cell system in the rat. Disertation, University

of London, England.

4. Untuk penulisan orang Indonesia.

Untuk penulisan orang Indonesia dipakai pedoman penulisan dari Dikti.

Contoh : Bambang Teguh Setiawan ditulis Setiawan BT.

10

II.3.3. Lampiran

Lampiran merupakan bagian yang menyajikan keterangan-keterangan atau

angka-angka tambahan. Didalamnya dapat dihimpun cara penelitian, contoh

perhitungan statistik dan sebagainya.

Bab. III. Teori singkat mekanika

III.1. Tegangan

Tegangan adalah distribusi gaya pada luasan tertentu, besarnya distribusi adalah

konstan.

Tegangan = Luasan

reaksiGaya

Bila ditinjau menurut luasan tempat gaya reaksi tersebut didistribusikan, tegangan dapat

dibagi menjadi :

1. Tegangan normal :

1.1. Tegangan tarik.

1.2. Tegangan tekan.

Terjadi bila garis kerja gaya reaksi tegak lurus dengan luasan penampang

batang.

11

Misalnya tegangan normal (tekan) pada batang BC.

tekan = gtanbapenampangA

F

2. Tegangan geser.

Bila garis kerja gaya reaksi sejajar dengan luasan tempat tegangan geser

tersebar.

Misalkan tegangan geser pada pen di-C.

= penpenampangA

F

3. Tegangan bearing.

Bila garis kerja gaya reaksi tegak lurus bidang bantalan dari pen, bentuknya

merupakan separoh bidang silinder. Untuk pemakaian praktis, luas bidang

tersebut adalah diameter pen dikalikan dengan tinggi pen pada bantalan.

Misalkan pada bantalan pen di-C, tegangan bearing.

B=

penpen tebal*diameter

F

12

13

III.2. Kerangka truss

Adalah kerangka konstruksi yang sering dijumpai pada kerangka kuda-kuda atap

rumah dan pagar pada jembatan.

Gambar diatas menunjukkan salah satu contoh konstruksi truss. Sebagai contoh

kasus akan dihitung besarnya gaya reaksi pada batang AB, BC, BD, BE dan DE.

Untuk dapat memperoleh besarnya gaya reaksi pada batang-batang konstruksi truss

akibat aksi gaya 2000 lb di A dan 1000 lb di B diatas terlebih dahulu dihitung besarnya

reaksi tumpuan di C dan di E.

Tumpuan di C adalah tumpuan engsel, kondisi fisik tumpuan engsel bisa

digantikan dengan satu gaya reaksi kearah horizontal dan satu gaya reaksi kearah

vertikal. Untuk menghitung reaksi tumpuan, konstruksi truss digambarkan dalam bentuk

14

diagram gaya bebas (free body diagram), selanjutnya dengan persamaan keseimbangan

akan dihitung besarnya gaya reaksi pada tumpuan-tumpuan konstruksi truss.

Diagram gaya bebas konstruksi truss diatas adalah :

Persamaan keseimbangan konstruksi truss :

1. Keseimbangan momen dengan sumbu putar adalah sumbu Z dan terhadap titik C

adalah :

0MCtitikterhadapz

0ft6*Eft12*lb1000ft24*lb2000

E = + 10000 lb ; E = 10000 lb (positip).

2. Keseimbangan gaya sejajar sumbu X.

0Fx 0Cx

15

3. Keseimbangan gaya sejajar dengan sumbu Y.

0Fy

- 2000 lb – 1000 lb + 10000 lb + yC = 0

yC = - 7000 lb ; yC = 7000 lb (negatip).

Untuk menghitung besarnya gaya reaksi pada batang konstruksi truss akibat gaya aksi

yang diberikan pada konstruksi truss, kita tinjau tiap titik sambungan konstruksi.

Dimulai dari titik A.

Titik A selain terdapat gaya aksi 2000 lb, juga terdapat dua gaya yang akan dicari

besarnya sebut saja ABF dan ADF . Terlihat bahwa batang AB tertarik dan batang AD

tertekan. Besarnya kedua gaya ini dapat dihitung dengan rumus sinus :

5

F

3

F

4

lb2000 ADAB

ABF = 1500 lb (tarik)

ADF = 2500 lb (tekan)

16

Titik D.

Dengan rumus sinus diperoleh :

DBF = DAF ; DBF = 2500 lb (tarik)

DEF = 2 ( 53 ) DAF ; DEF = 3000 lb (tekan)

Titik B.

Gaya reaksi pada balok BC dn balok BE dapat dihitung dengan persamaan

keseimbangan sebagai berikut :

0Fy ; - 1000 lb - 54 (2500) -

54 BEF = 0 ; BEF = - 3750 lb ; BEF = 3750 lb

(tekan).

17

0Fx ; BCF - 1500 lb - 53 (2500 lb) -

53 (3750 lb) = 0 ; BCF = + 5250 lb ; BCF =

5250 lb (tarik).

Titik E.

Besarnya gaya reaksi pada batang EC dihitung dengan cara keseimbangan :

0Fx ; 53

ECF + 3000 lb + 53 (3750 lb) = 0 ; ECF = - 8750 lb ; ECF = 8750 lb

(tekan).

Untuk pengujian :

0Fy ; 10000 lb - 54 (3750 lb) -

54 (8750 lb) = 10000 lb –3000 lb – 7000 lb = 0

Pengujian lainnya :

18

Penyelesaian dengan persamaan keseimbangan :

0Fx = - 5250 lb + 53 (8750 lb) = 0

0Fy = - 7000 lb + 54 (8750 lb) = 0

III.3. Teori balok

Teori balok berlaku pada balok, jika sumbu balok tegak lurus arah beban aksi

pada balok.

Macam-macam balok :

1. Balok tumpuan sederhana (simply support).

2. Balok tumpuan over hanging.

3. Balok tumpuan kantilever.

Sifat tumpuan :

1. Engsel, gaya lintang (shear force) 0 dan momen lengkung (bending moment) = 0.

2. Rol, gaya lintang (shear force) 0 dan momen lengkung (bending moment) = 0.

19

3. Jepit, gaya lintang (shear force) 0 dan momen lengkung (bending moment) 0.

4. Bebas, gaya lintang (shear force) = 0 dan momen lengkung (bending moment) = 0.

Tegangan normal kearah sumbu x ( x ) dan tegangan geser pada penampang yang

tegak lurus sumbu x serta kearah sumbu y ( xy ) pada penampang CC balok

overhanging ABD ditunjukkan dengan rumus :

x = zI

y*BM

xy = t*I

Q*SF

z

Dimana :

BM : momen lengkung (bending moment), Nm.

SF : gaya lintang (shear force), N.

Y : jarak suatu titik pada penampang balok yang tegak lurus sumbu x

kesumbu netral penampang balok tersebut, m.

20

Q : momen statis suatu luasan bidang yang diukur mulai dari titik teratas atau titik

terbawah dari penampang balok yang tegak lurus sumbu x terhadap sumbu

netral penampang balok tersebut, m.

zI : momen inersia penampang balok yang tegak lurus sumbu x terhadap sumbu

netral penampang balok (sumbu z), m.

t : tebal dari penampang balok diukur searah sumbu netral penampang balok

(sumbu z), m.

Gambar distribusi tegangan normal dan tegangan geser pada penampang CC dengan

bentuk penampang balok empat persegi panjang adalah :

21

Berikut ini adalah gambaran sketsa hubungan antara beban pada balok sampai dengan

bentuk lenturan yang terjadi sepanjang balok akibat pembebanan tersebut :

22

Lingkaran Mohr.

Gunanya untuk menghitung tegangan normal maksimum dan tegangan geser

maksimum. Misalkan pada contoh berikut, adalah salah satu elemen dari balok yang

mengeluarkan tegangan normal dan tegangan geser akibat beban aksi dari luar.

Suatu elemen balok mengeluarkan tegangan reaksi antara lain, tegangan normal tarik

50 aMP , tegangan normal tekan 10 aMP dan tegangan geser 40 aMP .

Akan digambar lingkaran Mohr, dihitung tegangan normal maksimal dan tegangan

geser maksimal.

Cara menggambar lingkaran Mohr :

1. Menggambar salib sumbu koordinat dengan absis adalah tegangan normal,

untuk tegangan tarik adalah searah sumbu positip, untuk tegangan tekan

sebaliknya. Sedangkan ordinat adalah tegangan geser, untuk ordinat tidak

mengenal nilai negatip dan positip.

23

2. Menentukan titik pusat lingkaran, besarnya adalah tegangan normal rata-

rata, ( aveaverage ).

2

yxave =

2

)10(50 = 20 aMP

3. Menghitung jari-jari lingkaran.

Pada segitiga CFX, besarnya :

CF = OF – OC = 50 – 20 = 30 aMP dan FX = 40 aMP .

R = CX = 22

4030 = 50 aMP .

4. Besarnya tegangan normal maksimal dan minimal serta tegangan geser

maksimal adalah :

maks OA = OC + CA = 20 + 50 = 70 aMP .

min OB = OC – BC = 20 – 50 = - 30 aMP .

maks R = 50 aMP .

Contoh perencanaan pemilihan ukuran penampang balok.

Balok overhanging ABCD dibebani gaya tersebar tiap satuan panjang sebesar 3.2 kips/ft

(kips = kilo pounds/ kilo lbs, 1 lb = 4.448 N) dan gaya terpusat di C sebesar 20 kips.

Bahan balok dari baja, besarnya tegangan normal yang diizinkan, all = 24 ksi (ksi =

kilo pound per square inch, 1 2inch/lb (1 psi) = 6.895 kPa) dan tegangan geser yang

24

diizinkan sebesar all = 14.5 ksi. Pilihlah penampang profil wide flange shape yang

sesuai. 1 ft = 0.3048 m, 1 inch = 25.40 mm.

Tahapan perencanaan pemilihan penampang profil balok adalah :

1. Menghitung momen lengkung maksimal dan gaya lintang maksimal, dengan

cara menggambar diagram momen lengkung dan diagram gaya lintang

balok. Dari penggambaran diperoleh bahwa besarnya momen lengkung

maksimal adalah, |BM| maksimal = 239.4 kip.ft = 2873 kip.inch. Dan

besarnya gaya lintang maksimal adalah |SF| maksimal = 43 kips.

2. Menghitung modulus penampang balok.

|BM| maksimal = 2873 kip.inch dan all = 24 ksi, maka minimal modulus

penampang yang diizinkan adalah :

3

all

maksmin inch7.119

ksi24

inch.kip2873BMw

25

Gambar diagram gaya lintang dan diagram momen lengkung dari balok diatas adalah :

26

3. Memilih penampang balok sesuai dengan modulus penampang minimal

yang telah dihitung, sesuai dengan tipe penampang wide flange shape.

Berikut adalah kelompok penampang yang nilai modulus penampangnya

mendekati nilai modulus penampang minimal yang telah dihitung.

BENTUK W ( 3inch )

W 24 x 68 154

W 21 x 62 127

W 18 x 76 146

W 16 x 77 134

W 14 x 82 123

W 12 x 96 131

Sifat geometris (geometry property) dari penampang diatas :

TERHADAP SUMBU ZZ TERHADAP SUMBU YY

Iz ( 4inch ) Wz ( 3inch ) zr ( inch ) Iy ( 4inch ) Wy ( 3inch ) yr ( inch )

1330 127 8.54 57.5 13.9 1.77

Sedangkan luas penampangnya adalah, A = 18.3 2inch .

27

Pilihan diatas yaitu W 21 x 62 didasarkan bahwa beratnya paling ringan

diantara kelompok pilihan, yaitu 62 lbs/ft.

4. Pengujian kekuatan.

4.1. Tegangan geser.

Sesuai dengan sketsa distribusi tegangan geser, bahwa tegangan geser

terbesar akan terjadi disumbu netral penampang balok, yaitu disumbu z.

xy = t*I

Q*SF

z

= inch4.0*inch1330

inch658.134*kips434

3

= 10.884 ksi

Besarnya tegangan geser dari bahan, all = 14.5 ksi, jadi xy all .

Ukuran penampang masih kuat.

4.2. Tegangan normal.

Pengujian dilakukan pada daerah titik b, dengan pertimbangan daerah yang

lemah.

a = W

BM .maks = 3inch127

inch.kip2873 = 22.6 ksi

28

b = a * c

yb = (22.6 ksi) * inch5.10

inch88.9 = 21.3 ksi

b = t*I

Q*SF

z

= inch4.0*inch1330

inch63.51*kips434

3

= 4.173 ksi

Titik pusat lingkaran = OC = - 21.3 ksi/2 = - 10.65 ksi.

Jari-jari lingkaran = CD = 22 ADCA =

22ksi45.1ksi65.10ksi3.21

CD = 10.748 ksi

maks = OC + CD = 21.4 ksi

min = CE – CO = 0.1 ksi

maks = CD = 10.748 ksi

Disini terlihat bahwa maks all, jadi penampang balok masih kuat.