Akibat beban luar, struktur akan memberikan respons yang dapat berupa reaksi perletakan tegangan dan regangan maupun terjadinya perubahan bentuk. Untuk batang yang menerima beban aksial, perubahan bentuk ini dapat berupa pertambahan panjang (akibat beban tarik) ataupun pemendekan (akibat beban tekan).
Batasan batasan yang harus dipenuhi dalam perancangan struktur teknik antara lain berupa kekuatan bahan (strength) dan kekakuan (stiffness).Oleh karena itu, beberapa sifat bahan perlu diperhatikan agar didapatkan hasil perancangan yang efisien serta batasan-batasan tersebut dapat dipenuhi. Salah satu sifat penting dan bahan adalah hubungan antara tegangan dan regangan.
Hubungan Tegangan-Regangan
Jika suatu batang menenma beban aksial, maka akan timbul respons yang dapat berupa tegangan dan perubahan panjang, seperti diperlihatkan pada Gambar
2.1. Tegangan yang terjadi pada potongan normal (potongan yang tegak lurus sumbu
batang) disebut tegangan normal. Besarnya tegangan normal rata-rata pada penampang batang yang dibebani beban aksial dapat didekati dengan rumus:
σ = N A0
(2.1)
dengan N dalah gaya normal yang bekerja pada penampang dan A0 adalah luas penampang awal (sebelum dibebani luas penampang ini dianggap konstan). Dalam kenyataannya, luas penampang ini berubah jika beban telah bekerja atau jika beban yang berkerja juga berubah. Anggaplah luas penampang ini konstan. Satuan dan tegangan adalah gaya per satuan luas, dalam Sistem Intemasional (SI) misalnya MN/m2, N/mm2 atau MPa.
Akibat beban, batang akan mengalami deformasi. Dalam hal ini batang akan memendek jika menenima beban tekan dan memanjang jika menerima beban tarik. Adanya perubahan panjang ini, batang mengalami regangan (s). Sedangkan regangan
(s) didefinisikan seperti rumus berikut:
ε = l − l0
l0
(2.2)
dengan / adalah panjang batang saat batang dibebani dan l0 adalah panjang batang awal. Sebagaimana luas penampangnya, panjang awal ini sebenarnya juga tergantung dan kondisi pembebanan sebelumnya, sehingga nilainya dapat berubah-ubah. Satuan regangan adalah perubahan panjang tiap satuan panjang, jadi tidak mempunyai dimensi, dapat dalam persen atau nilai mutlaknya.
Gambar 2.1. Batang yang dibebani secara aksial
Didepan telah disebutkan, bahwa salah satu sifat bahan terpenting adalah hubungan antara tegangan dengan regangan. Hubungan ini dapat disajikan dalam bentuk diagrarn/kurva tegangan-regangan pada tata sumbu ε – σ yang biasanya didapat dari hasil pengujian tarik atau tekan. Umumnya ukuran benda uji dan cara pengujiannya diatur dalam standarisasi, misalnya ASTM (American Society for the Testing of
Materials). Dalarn pengujian, beban dapat dilihat pada alat ujinya, sedangkan untuk mengukur perubahan panjang dapat digunakan alat ukur panjang (extensorneter) yang dapat bekerja secara mekanik yang ditunjukkan oleh dial indicator atau bekerja secara elektrik (displacement tranduce,). Dari kedua pengamatan ini dapat dibuat diagram/ kurva hubungan tegangan-regangan.
Beberapa contoh diagram tegangan regangan secara umum dalam kondisi ideal diperlihatkan pada Gambar 2.2. Pada umumnya kurva bagian awal memperlihatkan hubungan yang linier. Pada daerah ini berbanding lurus dengan regangan berlaku hukum Hook, dimana tegangan.
Gambar 2.2. Diagram tegangan regangan
Contoh diagram tegangan regangan tarik baja tulangan dan tekan beton dapat dilihat pada Gambar 2.3 dan 2.4 beserta benda ujinya. Pada benda uji ditempatkan alat untuk mengukur perubahan panjang.
Gambar .3. Diagram tegangan regangan tarik baja tulangan (3 buah sampel benda uji)
Gambar 2.4. Diagram tegangan-regangan tekanan beton
(berbagai kuat tekan beton)
Dari diagram tegangan regangan, ada beberapa sifat atau istilah penting antara lain:
1. Modulus elastisitas (Young’s Modulus): besaran yang menunjukkan kemiringan diagram!kurva tegangan-regangan.
2. Batas proporsional (proportional limit): tegangan terbesar, pada saat kurva tegangan-regangan masih menunjukkan hubungan yang linier.
3. Batas elastik (elastic limit): tegangan terbesar, dimana bahan akan kembali pada posisi/ukuran semula, jika beban dihilangkan.
4. Titik leleh (yield point): tegangan yang biasanya sedikit di atas batas proporsional, dimana akan terjadi kenaikan regangan meskipun tanpa adanya penambahan atau pengurangan tegangan.
5. Tegangan batas (ultimate stress): tegangan maksimum yang dapat dicapai suatu bahan.
6. Modulus lenting (resilience modulus): luas di bawah kurva tegangan-regangan yang dibatasi oleh tegangan batas proporsional. Satuan modulus lenting adalah satuan energi tiap satuan volume. Luas mi menunjukkan kemampuan bahan dalam menyerap energi, dimana bahan masih bersifat elastik.
7. Keuletan (thougness): luas total di bawah kurva tegangan-regangan. Luas mi menunjukkan kemampuan bahan dalam menyerap energi hingga mencapai runtuh.
8. Pengerasan regangan (strain hardening): kenaikan batas elastik bahan akibat pembebanan ulang (reloading), lihat Gambar 2.3.
9. Ulet (ductile): sifat bahan yang menunjukkan kernampuannya terjadi deformasi plastik tanpa adanya penambahan atau pengurangan beban yang berarti sebelurn mengalami runtuh.
10. Getas (brittle): sifat bahan yang rnenunjukkan deformasi yang sangat kecil sebelum runtuh (lawan dan ulet adalah getas):
11. Isotrop: Bahan yang mernpunyai sifat sama pada berbagai arah.
12. Homogen: Bahan yang mempunyai sifat sama pada setiap titik pada bahannya.