BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1.

Sekilas mengenai Struktur Cangkang Cangkang adalah bentuk structural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai sembarang bentuk. Bentuk yang umum adalah permukaan yang berasal dari kurva yang diputar terhadap satu sumbu (misalnya, permukaan bola, elips, kerucut, dan parabola), permukaan translasional yang dibentuk dengan menggeserkan kurva bidang di atas kurva bidang lainnya (misalnya permukaan parabola eliptik dan silindris), permukaan yang dibentuk dengan menggeserkan dua ujung segmen garis pada dua kurva bidang (misalnya permukaan hiperbolik paraboloid dan konoid), dan berbagai bentuk yang merupakan kombinasi dari yang telah disebutkan di atas.

spherical surface

eliptical surface

parabolic surface

(a) Permukaan rotasional

Universitas Sumatera Utara

cylindrical surface

eliptic paraboloid

(b) Permukaan translasional

hyperbolic paraboloid

conoid

(c) Permukaan ruled Gambar 2.1 Contoh-contoh berbagai jenis permukaan cangkang menerus Beban-beban yang bekerja pada permukaan cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekan pada arah dalam bidang (in-plane) permukaan tersebut. Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahanan momen yang berarti. Struktur cangkang tipis khususnya cocok digunakan untuk memikul beban terbagi rata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat. Sebagai akibat cara elemen struktur ini memikul beban dalam-bidang (terutama dengan cara tarik dan tekan), struktur cangkang dapat sangat tipis


dan mempunyai bentang relatif besar. Perbandingan bentang-tebal sebesar 400 atau 500 dapat saja digunakan [misalnya tebal 3 in. (8 cm) mungkin saja digunakan untuk kubah yang berbentang 100 sampai 125 ft (30 sampai 38 m)]. Cangkang setipis ini menggunakan material yang relatif baru dikembangkan, misalnya beton bertulang yang didesain khusus untuk membuat permukaan cangkang. Bentuk-bentuk tiga dimensional lain, misalnya kubah pasangan (bata), mempunyai ketebalan lebih besar, dan tidak dapat dikelompokkan sebagai struktur yang hanya memikul tegangan dalambidang karena pada struktur tebal seperti ini, momen lentur sudah mulai dominan. Bentuk-bentuk tiga dimensional juga dapat dibuat dari batang-batang kaku dan pendek. Struktur seperti ini pada hakikatnya adalah struktur cangkang karena perilaku strukturalnya dapat dikatakan sama dengan permukaan cangkang menerus, hanya saja tegangannya tidak lagi menerus seperti pada permukaan cangkang, tetapi terpusat pada setiap batang. Struktur demikian baru pertama kali digunakan pada awal abad XIX. Kubah Schwedler, yang terdiri atas jaring-jaring batang bersendi tak teratur, misalnya, diperkenalkan pertama kali oleh Schwedler di Berlin pada tahun 1863, pada saat itu mendesain kubah dengan bentang 132 ft (48 m). struktur baru yang lain adalah yang menggunakan batang-batang yang diletakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis membujur dan melintang dari suatu permukaan putar. Banyak kubah besar di dunia ini yang menggunakan cara yang demikian.


Gambar 2.2 Beberapa contoh permukaan jala (reticulated surface) Untuk menghindari kesulitan konstruksi yang ditimbulkan dari penggunaan batang-batang yang berbeda dalam membentuk permukaan cangkang, kita dapat menggunakan cara-cara yang lain yang menggunakan batang-batang yang panjangnya sama. Salah satu diantaranya adalah kubah geodesic yang diperkenalkan oleh Buckminster Fuller. Karena permukaan bola tidak dapat dibuat, maka banyaknya pola berulang identik yang akan dipakai untuk membuat bagian dari permukaan bola itu terbatas. Icosohedron bola, misalnya, terdiri atas 20 segitiga yang dibentuk dengan menghubungkan lingkaran-lingkaran besar yang mengelilingi bola. Tinjauan geometris yang


demikian inilah yang digunakan oleh Fuller. Kita harus berhati-hati dalam menggunakan

cara

seperti

ini

karena

sifat

strukturalnya

dapat

membingungkan. Keuntungan structural yang didapat tidak selalu lebih besar daripada bentuk kubah lainnya. Bentuk-bentuk lain yang bukan merupakan permukaan putaran juga dapat dibuat dengan menggunakan elemen-elemen batang. Beberapa diantaranya adalah atap barrel ber-rib ddan atap Lamella yang terbuat dari grid miring seperti pelengkung yang membentuk elemen-elemen diskret. Bentuk yang disebut terakhir ini dari material kayu sangat banyak dijumpai, tetapi baja maupun beton bertulang juga dapat digunakan. Dengan system Lamella, kita dapat mempunyai bentang yang sangat besar.

2.2.

Prinsip-prinsip umum cangkang

2.2.1. Aksi membran Cara yang baik untuk mempelajari perilaku permukaan cangkang yang dibebani adalah memandangnya sebagai analogi dari membran, yaitu elemen permukaan yang sedemikian tipisnya hingga hanya gaya tarik yang timbul padanya. Gelembung sabun atau lembaran tipis dari karet adalah contoh-conton membran. Membran yang memikul beban tegak lurus dari permukaannya akan berdeformasi secara tiga dimensional disertai terjadinya gaya tarik pada permukaan membran. Aksi pikul bebannya serupa dengan yang ada pada system kabel menyilang. Mekanisme pikul beban dasar dari cangkang kaku yang geometrinya sama, analog dengan yang ada pada membran terbalik. Yang penting adalah adanya dua kumpulan gaya internal


pada permukaan membran yang mempunyai arah saling tegak lurus. Hal yang juga penting adalah adanya tegangan geser tangensial pada permukaan membran, yang juga berfungsi memikul beban. 2.2.2. Struktur cangkang yang mempunyai permukaan rotasional Adanya dua kumpulan gaya pada arah yang saling tegak lurus di dalam permukaan cangkang menjadikan cangkang berperilaku seperti struktur pelat dua arah. Gaya geser yang bekerja di antara jalur-jalur pelat yang bersebelahan pada struktur pelat planar mempunyai kontribusi dalam memberikan kapasitas pikul beban pelat. Hal yang sama juga terjadi pada struktur cangkang. Adanya dua karakteristik inilah, yaitu adanya gaya geser dan dua kumpulan gaya aksial, yang membedakan perilaku struktur cangkang dan perilaku struktur yang dibentuk dari pelengkung yang dirotasikan terhadap satu titik hingga didapat bentuk seperti cangkang. Pada pelengkung tidak ada momen lentur apabila bentuk pelngkungnya adalah funicular untuk beban tersebut. Apabila beban yang bekerja hanya sebagian (parsial), pada pelengkung akan timbul momen lentur. Pada cangkang gaya-gaya dalam-bidang (in-plane forces) yang berarah meridional (disebut gaya meridional) diakibatkan oleb beban penuh. Ini sama dengan yang terjadi pada pelengkung analoginya. Pada kondisi beban sebagian, bagaimanapun, aksi cangkang sangat berbeda dengan yang terjadi pada pelengkung karena cangkang ada aksi dalam arah melingkar. Gaya melingkar (hoop forces) ini berarah tegak lurus dengan gaya meridional. Gaya melingkar menahan jalur meridional dari gerakan ke arah


keluar bidang yang cenderung terjadi untuk kondisi pembebanan sebagian (lentur pada pelengkung terjadi disertai gerakan seperti ini). Pada cangkang, tekanan yang diberikan oleh gaya-gaya melingkar tidak menyebabkan timbulnya momen lentur dalam arah meridional (juga dalam arah melingkar untuk kasus ini). Dengan demikian, cangkang dapat memikul variasi beban cukup dengan tegangan-tegangan dalam-bidang. Geser pelat yang telah disebutkan di atas juga memberikan kontribusi dalam memikul beban. Variasi pola beban yang ada, bagaimanapun, harus merupakan transisi perlahan (perubahan halus dari kondisi beban penuh ke kondisi sebagian agar momen lentur tidak timbul). Diskontinuitas tajam pada pola beban (misalnya beban terpusat) dapat menyebabkan timbulnya momen lentur. Pada pelengkung, beban seperti ini dapat menimbulkan tegangan lentur yang sangat besar, sedangkan pada cangkang, lentur dengan cepat dihilangkan dengan adanya aksi melingkar. Jadi, beban yang sembarang pada pelengkung, misalnya gangguan tepi yang diasosiasikan dengan tumpuan-tumpuannya, dapat menyebabkan timbulnya momen lentur di seluruh bagian pelengkung. Pada cangkang hal ini dapat dilokalisasi.

Gambar 2.3 Gaya aksial dalam-bidang (in-plane) pada cangkang bola tipis


Cangkang adalah struktur yang unik. Cangkang dapat disebut bekerja secara funicular untuk banyak jenis beban yang berbeda meskipun bentuknya tidak benar-benar funicular. Pada contoh yang telah dibahas di atas, bentuk funicular untuk pelengkung yang memikul beban terbagi rata adalah parabolic. Cangkang berbentuk segmen bola (tidak parabolic) dapat juga memikul beban hanya dengan gaya-gaya dalam-bidang. Dalam hal ini gaya melingkar terjadi, meskipun bebannya penuh, karena bentuk strukturnya tidak benar-benar funicular. Gaya meridional pada cangkang yang mengalami beban vertical penuh selalu adalah gaya tekan (analog dengan gaya yang terjadi pada pelengkung). Sedangkan gaya melingkar dapat berupa tarik maupun tekan, bergantung pada lokasi cangkang yang ditinjau (lihat gambar 2.4).

Gambar 2.4 Gaya meridional dan melingkar pada cangkang bola


Pada cangkang setengah lingkaran, atau cangkang tinggi, ada kecenderungan pada jalur meridional bawah umtuk berdeformasi ke arah luar. Jadi, jelas gaya-gaya melingkar yang terjadi adalah tarik. Di dekat puncak cangkang tersebut, jalur meridional cenderung berdeformasi ke dalam, yang berarti gaya melingkarnya adalah tekan. Tegangan yang diasosiasikan engan gaya melingkar dan meridional umumnya kecil untuk kondisi beban terbagi rata. Beban terpusat pada umumnya menyebabkan terjadinya tegangan yang sangat besar, karena itu sebaiknya dihindari pada permukaan cangkang. Tinjauan desain utama pada cangkang putar (shell of revolution) adalah masalah di tumpuannya atau di tepi-tepinya. Sama halnya dengan penggunaan batang pengikat pada pelengkung (untuk menahan gaya horizontal), kita juga harus melakukan cara-cara khusus untuk mengatasi gaya tendangan horizontal yang diasosiasikan dengan gaya dalam-bidang di tepi bawah cangkang. Pada kubah, misalnya, system penyokong melingkar perlu digunakan. Alternative lain adalah menggunakan cincin lingkaran, yang disebut dengan cincin tarik, di dasar kubah sehingga dapat menahan komponen keluar dari gaya meridional. Karena gaya yang disebut terakhir ini selalu tekan, maka komponen horizontal selalu berarah keluar. Karena itulah cincin containment selalu mengalami gaya tarik. Seandainya pada puncak cangkang terdapat lubang, maka komponen gaya meridional di dasar cangkang akan berarah ke dalam sehingga gaya pada cincin adalah gaya tekan.


Lubang pada permukaan cangkang seperti disebutkan di atas mungkin saja ada, tetapi sebaiknya dihindari karena hal ini mengganggu kontinuitas juga mengurangi efisiensi permukaan cangkang. Apabila memang harus ada lubang, cangkang harus secara khusus diperkuat di tepi lubang tersebut. Masalah lain pada desain cangkang adalah derajat kelengkungannya. Pada cangkang berprofil rendah, atau permukaannya yang relative datar, permukaannya mudah mengalami tekuk ke dalam. Tekuk adalah jenis keruntuhan yang termasuk ke dalam masalah stabilitas, sama halnya dengan kolom langsing panjang. Tekuk dapat terjadi secara lokal (hanya pada sebagian kecil permukaan cangkang), dapat pula terjadi secara menyeluruh. Cangkang dengan kelengkungan besar relative lebih sulit mengalami tekuk, karena itulah sebaiknya cangkang yang demikianlah yang digunakan. 2.2.3. Struktur cangkang yang mempunyai permukaan translasional Perilaku bentuk-bentuk structural yang didefenisikan oleh permukaanpermukaan translasional sangat dipengaruhi oleh proporsi relative cangkang dan kondisi tumpuannya. Perhatikan permukaan silindris yang terletak di atas dinding seperti terlihat pada gambar 2.5(a). Struktur ini, yang umum disebut terowongan (vault), dapat dipandang sebagai permukaan yang terdiri atas sederetan pelengkung sejajar asalkan dinding penumpu tersebut dapat memberikan reaksi yang diperlukan. Apabila permukaan itu kaku (misalnya terbuat dari beton bertulang), maka permukaan tersebut juga dapat menunjukkan aksi pelat (ada gaya geser di antara jalur-jalur yang bersebelahan) yang dibutuhkan dalam memikul beban tidak merata. Janis aksi yang sama juga


akan terjadi apabila permukaan dipikul oleh balok yang sangat kaku. Balok ini pada gilirannya meneruskan beban ke tumpuannya secara melentur. (a)Terowongan:Terowongan ditumpu menerus di sepanjang tepi longitudinalnya. Gaya transversal internal mempunyai perilaku seperti aksi pelengkung.

(b)Cangkang pendek dengan balok tepi kaku: Balok tepi pada dasarnya berfungsi seperti dinding pada terowongan apabila cukup kaku. Aksi seperti pelengkung meneruskan beban permukaan ke balok. Balok ini memikulnya secara melentur dan meneruskan ke tumpuannya.

(c)Cangkang barrel panjang: Apabila cangkang tidak mempunyai balok tepi kaku, maka aksi seperti pelengkung


tidak dapat timbul pada arah transversal. Oleh karena itu, beban dipikul dengan aksi lentur yang serupa dengan yang ada pada balok. Gambar 2.5 Cangkang silindris

Perilaku cangkang yang sangat pendek, sangat berbeda dengan perilaku cangkang yang telah disebutkan di atas apabila pengaku ujung transversal digunakan. Beban permukaan dapat diteruskan secara langsung ke pengaku-pengaku ujung secara aksi pelat longitudinal. Pada cangkang yang panjang dibandingkan dengan bentang transversalnya ada aksi yang sangat berbeda dengan cangkang pendek, khususnya apabila balok tepi tidak digunakan atau apabila digunakan, balok tersebut sangat fleksibel. Perlu diingat bahwa setiap balok tepi akan menjadi fleksibel apabila panjangnya bertambah. Dengan demikian, cangkang silindris akan mulai cenderung berperilaku seperti pelengkung dalam arah transversal. Balok tepi fleksibel (atau tidak ada balok tepi) tidak dapat memberikan tahanan terhadap gaya tendangan horizontal. Sebagai akibatnya, tidak ada aksi seperti pelengkung pada arah ini. Hal ini berarti apabila tidak ada balok tepi, tepi bebas longitudinal akan berdefleksi ke arah dalam, bukan ke luar, pada kondisi beban penuh. Oleh karena itu, harus ada jenis lain mekanisme pikul beban. Struktur seperti ini disebut cangkang barrel. Aksi utama pada cangkang demikian adalah dalam arah longitudinal, bukan


transversal. Lentur longitudinal terjadi dan analog dengan yang terjadi pada balok sederhana atau pelat lipat. Tegangan tekan pada arah longitudinal dapat terjadi di dkat puncak dari permukaan lengkung dan tegangan tarik di bagian bawah. Analogi dengan stuktur pelat lipat sangat berguna karena banyak prinsip desain yang sama. Pengaku transversal, misalnya, sangat berguna dalam meningkatkan kapasitas pikul beban cangkang barrel. Jika semakin banyak pengaku digunakan atau apabila cangkang barrel yang ditinjau merupakan satu di antara sederetan cangkang yang bersebelahan, maka perilaku seperti balok dapat digunakan. Cangkang barrel yang panjangnya sekitar tiga kali (atau lebih) dari bentang transversalnya dapat menunjukkan perilaku longitudinal dengan jelas. 2.2.4. Struktur cangkang yang mempunyai permukaan ruled Permukaan ruled biasanya membutuhkan analisis yang lebih rumit. Pada umumnya, perilaku cangkang demikian dapat dipelajari dengan memandangnya sebagai kelengkungan yang dibentuk dari garis-garis lurus. Apabila kondisi tepi dapat memberikan tahanan (misalnya dengan menggunakan fondasi atau balok tepi yang sangat kaku), aka ada aksi seperti pelengkung di daerah yang cembung, dan aksi seperti kabel di daerah yang cekung. Adanya gaya tekan atau tarik pada permukaan tersebut bergantung pada aksi yang ada. Apabila permukaan mempunyai kelengkungan kecil, maka aksi pelat (momen lentur dominan) akan ada, yang berarti membutuhkan penampang yang lebih tebal. Apabila tepi cangkang tidak ditumpu, maka perilaku balok dapat terjadi.


Permukaan ruled yang dibuat dengan menggerakkan dua ujung dari suatu garis lurus pada dua garis lurus sejajar, tetapi terpuntir (jadi bukan bentuk yang kompleks), diperlihatkan pada gambar 2.6. Bentuk ini dapat dipandang pula sebagai permukaan tranlasional yang dibentuk dengan menggerakkan parabola cekung pada parabola cembung. Struktur seperti ini menunjukkan aksi seperti pelengkung pada arah kelengkungan cembung dan aksi seperti kabel pada arah cekung (tegak lurus dari arah cembung). Dengan demikian, medan tegangan pada pelat adalah tarik pada satu arah dan tekan pada arah tegak lurusnya. Kedua arah ini membentuk sudut 45º dengan garis lurus pembentuk cangkang tersebut.

Gambar 2.6 Permukaan ruled yang dibuat dengan menggerakkan dua ujung dari suatu garis lurus sejajar dan terpuntir


2.3.

Deformasi dinding cangkang (shell) tanpa lenturan Pada pembahasan tentang deformasi dan tegangan dalam cangkang (shell) berikut ini system notasinya sama dengan yang dipergunakan pada pembahasan pelat. Kita tandai ketebalan cangkang dengan h, dimana besarnya selalu dianggap kecil dibandingkan dengan besaran lain dari cangkang dan dengan jari-jari kelengkungannya. Permukaan yang membagi ketebalan pelat sama besar disebut permukaan tengah (middle surface). Dengan menspesifikasikan bentuk permukaan tengah dan ketebalan cangkang pada setiap titik, maka suatu cangkang ditentukan sepenuhnya secara geometris. Untuk menganalisis gaya-gaya dalam, kita potong suatu elemen yang kecilnya tak terhingga dari cangkang itu yang dibentuk oleh dua pasang bidang yang berdekatan dan tegak lurus terhadap permukaan tengah dari cangkang itu, dan yang memiliki kelengkungan utamanya. Kita ambil sumbusumbu koordinat x dan y yang menyinggung garis kelengkungan utama pada titik 0 dan sumbu z yang tegak lurus pada permukaan tengah, seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.7. Jari-jari utama kelengkungan yang terletak pada bidang xz dan yz ditandai masing-masing oleh

dan

. Tegangan yang

bekerja pada permukaan bidang elemen itu diuraikan dalam arah sumbusumbu koordinat, dan komponen tegangan ditunjukkan oleh simbol =

,

,

. Dengan notasi ini, gaya resultan per satuan panjang

penampang melintang normal seperti pada gambar adalah


(a)

(b)

(c)

Gambar 2.7 Potongan elemen cangkang yang kecilnya tak terhingga Besaran z/

dan z/

yang kecil tampak pada persamaan (a), (b), (c), karena

sisi-sisi lateral elemen yang diperlihatkan pada gambar 2.7a memiliki bentuk trapesium yang disebabkan oleh kelengkungan cangkang. Hal ini akan menyebabkan tidak samanya gaya geser Nxy dan Nyx satu dengan lainnya, meskipun di sini masih berlaku bahwa

=

. Pada pembahasan

selanjutnya, kita harus mengasumsikan bahwa ketebalan h adalah sangat kecil dibandingkan dengan jari-jari

,

dan mengabaikan suku-suku z/

dan


z/

pada persamaan-persamaan (a), (b), (c). Kemudian, Nxy = Nyx dan

resultan gaya geser dinyatakan oleh persamaan yang sama seperti pada pelat. Momen lentur dan puntir per satuan panjang penampang normal dituliskan dengan persamaan berikut ini

(d)

(e)

di mana penentuan arah momennya mempergunakan aturan yang sama seperti yang dipergunakan pada pelat. Pada pembahasan selanjutnya, kita abaikan lagi besaran z/

dan z/

yang kecil, yang disebabkan oleh

kelengkungan cangkang, dan untuk momennya, digunakan persamaan yang sama dengan yang dipergunakan pada pembahasan pelat. Dalam membahas lenturan cangkang diasumsikan bahwa elemen linear, seperti AD dan BC (Gambar 2.7a), yang tegak lurus pada permukaan tengah, tetap lurus dan menjadi tegak lurus terhadap permukaan tengah cangkang yang dideformasikan. Suatu kasus yang sederhana di mana, selama pelenturan, permukaan lateral/melintang elemen ABCD hanya berotasi terhadap garis-garis perpotongannya dengan permukaan tengah. Jika

dan

merupakan besaran jari-jari kelengkungan setelah deformasi, maka “perpanjangan satuan” suatu belahan tipis (lamina) pada jarak z dari permukaan tengah (gambar 2.7a) adalah


(f)

Jika, selain rotasi, sisi-sisi lateral elemen berpindah tempat parallel terhadap dirinya sendiri akibat meregangnya permukaan tengah, dan jika perpanjangan satuan bagian tengah permukaan yang bersangkutan pada x dan y ditandai masing-masing dengan

dan

, maka perpanjangan

dari belahan yang

ditinjau di atas seperti yang terlihat pada gambar 2.7c adalah

Dengan mensubstitusikan (menyulihkan)

Diperoleh

(g)

Persamaan yang serupa dapat diperoleh untuk pertambahan panjang

. Pada

pembahasan selanjutnya, ketebalan cangkang h akan selalu dianggap kecil bila dibandingkan dengan jari-jari kelengkungannya. Dalam hal seperti ini, besaran z/

dan z/

dapat diabaikan, bila dibandingkan dengan satu. Kita

harus mengabaikan juga pengaruh pertambahan panjang

dan

pada

kelengkungan. Oleh karena itu, sebagai pengganti persamaan (g) di atas, didapat


,

dimana

dan

menunjukkan

perubahan

lengkungan.

Dengan

mempergunakan persamaan untuk menghitung komponen regangan suatu belahan ini dan dengan menganggap bahwa tidak ada tegangan normal antara belahan (

), maka diperolehlah persamaan untuk menghitung komponen

tegangan seperti berikut ini

Dengan mensubstitusikan persamaan ini ke dalam persamaan (a) dan (b) dengan mengabaikan besaran z/rx dan z/ry yang kecil dibandingkan dengan angka satu, maka diperoleh

(1)

, menunjukkan ketegaran lentur cangkang.

Kasus yang lebih umum tentang deformasi elemen pada gambar 2.7 akan dapat diperoleh bila dianggap bahwa, selain tegangan normal, tegangan gesernya juga bekerja pada sisi-sisi lateral dari elemen. Bila regangan geser pada permukaan tengah cangkang ditandai dengan γ, dan


rotasi tepi BC relative terhadap Oz sekitar sumbu x (gambar 2.7a) ditandai dengan

maka diperoleh

Dengan mensubstitusikan persamaan ini ke dalam persamaan (b) dan (e) dengan mempergunakan penyederhanaan, maka diperoleh

(2)

Jadi, dengan menganggap bahwa selama pelenturan suatu cangkang, elemen linear yang tegak lurus pada permukaan tengah adalah tetap lurus dan menjadi tegak lurus pada pemukaan tengah yang mengalami deformasi, maka dapat dinyatakan gaya resultan per satuan panjang Nx, Ny, dan Nxy serta momen-momen Mx, My, dan Mxy atas suku-suku yang terdiri atas enam buah besaran : tiga buah komponen regangan

,

dan β dari permukaan

tengah cangkang dan tiga buah besaran Xx, Xy, dan Xxy yang menggambarkan perubahan kelengkungan serta puntiran permukaan tengah. Pada banyak persoalan deformasi cangkang, tegangan lentur dapat diabaikan, dan hanya tegangan yang disebabkan oleh regangan pada permukaan tengah cangkang saja yang diperhitungkan. Sebagai contoh, diambil suatu wadah berbentuk bola yang mengalami pengaruh tekanan dalam yang terbagi secara merata dan tegak lurus pada permukaan cangkang.


Di bawah pengaruh ini, permukaan tengah cangkang mengalami suatu regangan terbagi rata; dan karena ketebalan cangkang ternyata kecil, tegangan tarik dapat dianggap terbagi secara merata ke seluruh tebalnya. Contoh yang serupa disuguhkan oleh suatu tabung silinder bundar yang tipis di mana suatu gas atau cairan ditekan dengan menggunakan piston yang bergerak bebas sepanjang sumbu silinder. Di bawah pengaruh tekanan dalam yang merata ini, “tegangan lingkar” (loop stress) yang dihasilkan dalam cangkang silindris ternyata terbagi rata ke seluruh ketebalannya. Jika ujung silinder dijepit (dibangun menyatu) sepanjang tepinya, dinding ini tak lagi bebas mengembang secara lateral, dan pasti terjadi sesuatu lenturan di dekat tepi yang dijepit itu jika dikenakan tekanan dalam ini. Namun, penelitian yang lebih lengkap memperlihatkan bahwa lenturan ini hanya setempat dan bagian cangkang pada suatu jarak tertentu dari ujung-ujungnya tetap silindris dan hanya mengalami regangan pada permukaan tengahnya tanpa lenturan yang berarti. Jika kondisi cangkang sedemikian rupa sehingga lenturan dapat diabaikan, permasalahan analisis tegangan dapat dibuat menjadi sangat sederhana, karena momen resultan (d) dan (e) serta resultan gaya geser (c) hilang. Jadi, yang belum diketahui adalah tiga buah besaran Nx, Ny, dan Nxy=Nyx, yang dapat ditetapkan dari kondisi keseimbangan suatu elemen, seperti

yang

diperlihatkan

pada

gambar

2.7.

Oleh

karena

itu,

permasalahannya menjadi statis tertentu bila semua gaya yang bekerja pada cangkang telah diketahui. Gaya-gaya Nx, Ny, dan Nxy yang diperoleh dengan cara ini acapkali disebut gaya selaput tipis, dan teori cangkang yang


berdasarkan pada pengabaian tegangan lentur disebut teori selaput tipis. Penerapan teori ini untuk kasus atap cangkang berbentuk cylindrical surface akan dibahas pada bab berikut.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents