Pengertian dan Fungsi Rumus Mencari Beban
Samuat – Rumus mencari beban adalah rumus matematika yang digunakan untuk menghitung beban yang diterima oleh suatu benda atau struktur. Beban yang dimaksud meliputi beban berat, tekanan angin, gempa, beban hidup, dan sebagainya. Pemahaman akan rumus mencari beban ini cukup penting dalam dunia teknik, terutama dalam perencanaan dan konstruksi bangunan agar mampu menahan beban dan bertahan dalam jangka waktu yang lama.
Sebelum membahas rumus mencari beban, penting untuk memahami terlebih dahulu apa itu beban dalam dunia teknik. Beban dapat digambarkan sebagai gaya atau kuasa yang bekerja pada suatu benda atau struktur. Dalam praktiknya, beban bisa berasal dari berbagai sumber seperti beban sendiri, beban yang ditambahkan, dan beban lingkungan seperti gempa atau tekanan angin. Semua beban ini harus diperhitungkan dengan cermat agar konstruksi bangunan dapat berdiri dengan kokoh dan aman.
Salah satu aplikasi dasar dari rumus mencari beban adalah perhitungan pondasi bangunan. Pondasi bangunan harus mampu menahan beban dari bangunan yang didirikan di atasnya. Oleh karena itu, diperlukan perhitungan yang cermat agar pondasi bangunan dapat menahan beban tersebut dan tidak mengalami keretakan atau kerusakan yang serius. Untuk itu, perhitungan rumus mencari beban menjadi sangat penting dilakukan.
Perhitungan rumus mencari beban juga digunakan pada perencanaan konstruksi jembatan. Jembatan harus mampu menahan berat kendaraan yang melintasinya. Perhitungan rumus mencari beban harus dilakukan agar jembatan dapat menahan beban tersebut tanpa mengalami keretakan atau kerusakan. Untuk itu, perhitungan beban harus dilakukan dengan cermat.
Jenis-Jenis Beban dan Cara Menghitungnya
Beban adalah sesuatu yang memiliki berat atau mempengaruhi sebuah struktur. Dalam industri konstruksi, beban itu ada beberapa macam, mulai dari beban bekerja, beban mati, dan beban gempa. Semua beban tersebut harus diperhitungkan dengan hati-hati. Berikut adalah jenis-jenis beban dan cara menghitungnya.
Beban Bekerja
Beban bekerja adalah beban yang bertujuan untuk menahan beban tambahan dan mampu menerima/meredam gaya yang timbul dari angin, air, dan sebagainya. Beban bekerja sangat beraneka ragam, mulai dari beban langit-langit, beban lantai, beban atap, dan yang lainnya. Cara menghitung beban bekerja dengan mencari nilai berat jenis material dan dikalikan dengan luas area material tersebut. Perlu juga menghitung faktor pengali, seperti beban hidup, meja, kaki, dan lainnya.
Beban Mati
Beban mati adalah beban yang berasal dari struktur atau material itu sendiri, karena dalam pembuatan konstruksi, semua bahan yang digunakan akan memiliki beban mati. Contoh dari beban mati adalah- beban dari struktur bangunan, beton, dan kayu. Cara menghitung beban mati dengan menentukan berat semua material yang digunakan, lalu dijumlahkan. Disarankan untuk memperhitungkan beban mati secara akurat, karena beban mati sangat penting dalam menentukan keselamatan gedung dan daya tahan material.
Beban Gempa
Beban gempa adalah beban yang timbul ketika terjadi gempa bumi. oleh karena itu faktor ini harus diperhitungkan secara detail dalam pembangunan konstruksi. Cara menghitung beban gempa dengan menentukan daerah/kawasan di mana konstruksi akan dibangun. Kemudian menghitung luas area konstruksi, faktor khusus (seperti tipe tanah, letak, gaya gempa, dan sebagainya) untuk kawasan tersebut.
Beban Angin
Beban angin atau wind load adalah beban akibat dari adanya gerakan udara dan berhembusnya angin. Beban angin terutama penting dalam perancangan struktur yang tinggi, seperti gedung-gedung pencakar langit. Cara menghitung beban angin dengan mengukur ketinggian bangunan, menentukan zona angin, kemudian menghitung kecepatan angin maksimum, dan akhirnya menghitung luas permukaan bangunan yang terpapar angin.
Beban Hidrostatik
Beban hidrostatik adalah beban yang berasal dari air. Beban ini sangat penting dalam perancangan bangunan yang dekat dengan air, seperti bendungan. Cara menghitung beban hidrostatik yaitu dengan menentukan luas area permukaan yang terkena air dan menghitung beban air dalam hitungan meter kubik.
Beban Karena Suhu
Beban yang dihasilkan dari perubahan suhu adalah beban yang berasal dari perubahan dimensi material pada konstruksi akibat dari perubahan suhu. Beban ini biasanya ditambahkan pada perencanaan bila suhu di lingkungan memang sangat berubah-ubah. Cara menghitung beban karena suhu dengan menentukan koefisien ekspansi termal suatu material, dan kemudian mengalikannya dengan perubahan suhu dalam hitungan derajat Celsius.
Langkah-Langkah Mencari Beban pada Struktur
Beban pada struktur sangatlah penting untuk dipertimbangkan saat merancang bangunan. Tidak hanya menentukan kekuatan struktur, namun juga faktor keamanan.
Berikut adalah langkah-langkah mencari beban pada struktur:
1. Menentukan jenis struktur
Sebelum mencari beban, hal yang paling penting adalah menentukan jenis struktur yang akan dirancang. Beban dan karakteristik yang akan diterapkan pada bangunan akan berbeda tergantung pada jenis struktur tersebut. Ada tiga jenis struktur utama yang perlu dipertimbangkan, yaitu bangunan tinggi, bangunan rendah, dan jembatan. Setelah jenis struktur ditentukan, pencarian beban akan lebih mudah dilakukan.
2. Mempelajari standar dan peraturan
Setelah jenis struktur ditentukan, langkah selanjutnya adalah mempelajari standar dan peraturan yang ada. Ada berbagai standar dan peraturan yang menjelaskan tentang aturan beban minimum yang diperlukan pada struktur bangunan, seperti SNI untuk bangunan tinggi, bangunan rendah, dan jembatan. Penting untuk mengetahui standar dan peraturan yang berlaku untuk memastikan keamanan dan kualitas dari bangunan yang dirancang.
3. Menghitung beban pada struktur
Setelah mengetahui jenis struktur dan standar dan peraturan yang berlaku, langkah selanjutnya adalah menghitung beban pada struktur. Beban tersebut dapat dibagi menjadi dua kategori yaitu beban mati dan beban hidup. Beban mati adalah beban yang dihasilkan oleh struktur sendiri seperti atap, lantai, dinding, kolom, dan sebagainya. Sedangkan beban hidup adalah beban yang dihasilkan oleh pengguna dan barang yang ada di dalam bangunan seperti manusia, furnitur, peralatan dan sebagainya.
Untuk menghitung beban mati, perlu diketahui berat jenis bahan yang digunakan untuk struktur. Berat jenis ini perlu dikalikan dengan volume tiap unit bahan untuk menghasilkan beban mati. Sedangkan untuk menghitung beban hidup, perlu diketahui kapasitas maksimum yang dapat ditahan oleh bangunan, yaitu kapasitas maksimum dari lantai atau dinding. Kapasitas ini bergantung pada jenis bahan yang digunakan, ketebalan, dan letaknya di bangunan.
Setelah itu, perlu diperhatikan juga faktor pengaruh seperti kecepatan angin, gempa, cuaca, dan sejenisnya. Faktor ini perlu diperhitungkan demi memastikan stabilitas dan keamanan seluruh elemen struktur bangunan.
Contoh Soal Mencari Beban Pada Berbagai Bentuk Struktur
Saat menghitung beban pada berbagai bentuk struktur, perlu diperhatikan bahwa rumus yang digunakan bervariasi tergantung pada bentuk struktur tersebut. Berikut adalah beberapa contoh soal mengenai mencari beban untuk berbagai bentuk struktur:
1. Mencari Beban Pada Balok
Suatu balok dengan panjang 300 cm, lebar 50 cm dan tebal 25 cm diberi beban sebesar 500 kg. Tentukanlah tekanan pada balok tersebut!
Untuk mencari tekanan pada balok, dapat menggunakan rumus:
P = F/A
Dimana:
P = Tekanan pada balok dalam satuan N/m2
F = Besar gaya pada balok dalam satuan N
A = Luas penampang balok dalam satuan m2
Untuk menentukan besar gaya pada balok, dapat menggunakan rumus:
F = m.g
Dimana:
F = Besar gaya pada balok dalam satuan N
m = Massa benda yang diletakkan di atas balok dalam satuan kg
g = Percepatan gravitasi bumi dalam satuan m/s2
Dalam soal tersebut, massa benda yang diletakkan di atas balok adalah 500 kg. Oleh karena itu, besar gaya pada balok adalah:
F = m.g = 500 kg x 9,8 m/s2 = 4900 N
Selanjutnya, untuk menentukan luas penampang balok, dapat menggunakan rumus:
A = p x l
Dimana:
A = Luas penampang balok dalam satuan m2
p = Panjang balok dalam satuan m
l = Lebar balok dalam satuan m
Dalam soal tersebut, panjang balok adalah 300 cm atau 3 m, lebar balok adalah 50 cm atau 0,5 m. Sehingga luas penampang balok adalah:
A = p x l = 3 m x 0,5 m = 1,5 m2
Dengan demikian, tekanan pada balok adalah:
P = F/A = 4900 N / 1,5 m2 = 3266,67 N/m2
Sehingga tekanan pada balok adalah 3266,67 N/m2.
2. Mencari Beban Pada Trapesium
Suatu trapesium dengan panjang alas 20 cm, panjang atas 10 cm, tinggi 15 cm dan tebal 5 cm diberi beban sebesar 1000 kg. Tentukanlah tekanan pada trapesium tersebut!
Untuk mencari tekanan pada trapesium, dapat menggunakan rumus:
P = F/A
Dimana:
P = Tekanan pada trapesium dalam satuan N/m2
F = Besar gaya pada trapesium dalam satuan N
A = Luas penampang trapesium dalam satuan m2
Untuk menentukan besar gaya pada trapesium, dapat menggunakan rumus:
F = m.g
Dimana:
F = Besar gaya pada trapesium dalam satuan N
m = Massa benda yang diletakkan di atas trapesium dalam satuan kg
g = Percepatan gravitasi bumi dalam satuan m/s2
Dalam soal tersebut, massa benda yang diletakkan di atas trapesium adalah 1000 kg. Oleh karena itu, besar gaya pada trapesium adalah:
F = m.g = 1000 kg x 9,8 m/s2 = 9800 N
Selanjutnya, untuk menentukan luas penampang trapesium, dapat menggunakan rumus:
A = 1/2 x (a + b) x t
Dimana:
A = Luas penampang trapesium dalam satuan m2
a = Panjang alas trapesium dalam satuan m
b = Panjang atas trapesium dalam satuan m
t = Tinggi trapesium dalam satuan m
Dalam soal tersebut, panjang alas trapesium adalah 20 cm atau 0,2 m, panjang atas trapesium adalah 10 cm atau 0,1 m dan tinggi trapesium adalah 15 cm atau 0,15 m. Sehingga luas penampang trapesium adalah:
A = 1/2 x (0,2 m + 0,1 m) x 0,15 m = 0,015 m2
Dengan demikian, tekanan pada trapesium adalah:
P = F/A = 9800 N / 0,015 m2 = 653333,33 N/m2
Sehingga tekanan pada trapesium adalah 653333,33 N/m2.
3. Mencari Beban Pada Silinder
Suatu silinder dengan jari-jari 10 cm dan tinggi 20 cm diberi beban sebesar 500 kg. Tentukanlah tekanan pada silinder tersebut!
Untuk mencari tekanan pada silinder, dapat menggunakan rumus:
P = F/A
Dimana:
P = Tekanan pada silinder dalam satuan N/m2
F = Besar gaya pada silinder dalam satuan N
A = Luas penampang silinder dalam satuan m2
Untuk menentukan besar gaya pada silinder, dapat menggunakan rumus:
F = m.g
Dimana:
F = Besar gaya pada silinder dalam satuan N
m = Massa benda yang diletakkan di atas silinder dalam satuan kg
g = Percepatan gravitasi bumi dalam satuan m/s2
Dalam soal tersebut, massa benda yang diletakkan di atas silinder adalah 500 kg. Oleh karena itu, besar gaya pada silinder adalah:
F = m.g = 500 kg x 9,8 m/s2 = 4900 N
Selanjutnya, untuk menentukan luas penampang silinder, dapat menggunakan rumus:
A = π x r2
Dimana:
A = Luas penampang silinder dalam satuan m2
π = Konstanta pi
r = Jari-jari silinder dalam satuan m
Dalam soal tersebut, jari-jari silinder adalah 10 cm atau 0,1 m. Sehingga luas penampang silinder adalah:
A = π x r2 = π x 0,12 m2 = 0,0314 m2
Dengan demikian, tekanan pada silinder adalah:
P = F/A = 4900 N / 0,0314 m2 = 155414.01 N/m2
Sehingga tekanan pada silinder adalah 155414,01 N/m2.
4. Mencari Beban Pada Bola
Suatu bola dengan jari-jari 15 cm diberi beban sebesar 2000 kg. Tentukanlah tekanan pada bola tersebut!
Untuk mencari tekanan pada bola, dapat menggunakan rumus:
P = F/A
Dimana:
P = Tekanan pada bola dalam satuan N/m2
F = Besar gaya pada bola dalam satuan N
A = Luas penampang bola dalam satuan m2
Untuk menentukan besar gaya pada bola, dapat menggunakan rumus:
F = m.g
Dimana:
F = Besar gaya pada bola dalam satuan N
m = Massa benda yang diletakkan di atas bola dalam satuan kg
g = Percepatan gravitasi bumi dalam satuan m/s2
Dalam soal tersebut, massa benda yang diletakkan di atas bola adalah 2000 kg. Oleh karena itu, besar gaya pada bola adalah:
F = m.g = 2000 kg x 9,8 m/s2 = 19600 N
Selanjutnya, untuk menentukan luas penampang bola, dapat menggunakan rumus:
A = π x r2
Dimana:
A = Luas penampang bola dalam satuan m2
π = Konstanta pi
r = Jari-jari bola dalam satuan m
Dalam soal tersebut, jari-jari bola adalah 15 cm atau 0,15 m. Sehingga luas penampang bola adalah:
A = π x r2 = π x 0,152 m2 = 0,0707 m2
Dengan demikian, tekanan pada bola adalah:
P = F/A = 19600 N / 0,0707 m2 = 277790,98 N/m2
Sehingga tekanan pada bola adalah 277790,98 N/m2.
Dari empat contoh soal di atas, dapat diketahui bahwa untuk mencari beban pada berbagai bentuk struktur, rumus yang digunakan berbeda-beda tergantung pada bentuk struktur tersebut. Oleh karena itu, penting untuk memahami rumus yang tepat agar hasil perhitungan menjadi akurat.
Kesalahan Umum dalam Penggunaan Rumus Mencari Beban dan Cara Menghindarinya
Rumus mencari beban atau beban penyelesaian suatu konstruksi adalah salah satu hal penting yang perlu diperhatikan saat mendesain bangunan. Kesalahan dalam menggunakan rumus ini dapat berakibat fatal pada keamanan konstruksi. Namun, masih banyak kesalahan yang terjadi dalam penggunaan rumus mencari beban. Berikut adalah kesalahan umum yang terjadi dan cara menghindarinya:
1. Memilih rumus yang salah
Salah satu kesalahan yang sering dilakukan dalam menggunakan rumus mencari beban adalah memilih rumus yang salah. Sebelum menggunakan rumus, pastikan Anda telah memahami alur perhitungannya dan memilih rumus yang sesuai dengan jenis konstruksi yang akan didesain. Beberapa rumus mencari beban yang umum digunakan antara lain beban hidup, beban mati, beban angin dan sebagainya.
2. Mengabaikan nilai asumsi
Saat menggunakan rumus mencari beban, pastikan Anda telah memperhatikan nilai asumsi yang digunakan. Asumsi yang tidak tepat dapat berakibat pada kesalahan perhitungan dan hasil yang tidak akurat. Oleh karena itu, pastikan nilai yang digunakan telah sesuai dengan kondisi di lapangan dan standar yang berlaku.
3. Tidak memperhitungkan variabel lain
Beban pada suatu konstruksi dapat dipengaruhi oleh banyak variabel. Misalnya saja jenis material yang digunakan, tinggi bangunan, dan kondisi lingkungan sekitar. Oleh karena itu, jika Anda ingin mendapatkan hasil perhitungan yang akurat, pastikan untuk memperhitungkan semua variabel yang mempengaruhi beban konstruksi. Sehingga, hasil perhitungan yang didapatkan dapat memenuhi kebutuhan dan standar konstruksi.
4. Mengacu pada data yang usang
Salah satu kesalahan umum yang sering terjadi dalam menggunakan rumus mencari beban adalah mengacu pada data yang usang. Data yang diperoleh dari sumber yang tidak terpercaya atau data yang sudah usang dapat berakibat fatal pada keamanan konstruksi. Oleh karena itu, penting untuk selalu mengacu pada sumber yang terpercaya dan data yang terbaru.
5. Tidak mengikuti standar yang berlaku
Salah satu hal penting dalam mendesain konstruksi adalah mengikuti standar yang berlaku. Standar ini mencakup berbagai hal seperti jenis material yang digunakan, beban maksimal yang diperbolehkan, dan sebagainya. Jika tidak mengikuti standar yang berlaku, maka bangunan yang dihasilkan dapat berisiko rusak atau roboh. Oleh karena itu, pastikan Anda telah memperhatikan dengan seksama standar yang berlaku sebelum menggunakan rumus mencari beban.
Kesalahan penggunaan rumus mencari beban dapat berakibat fatal pada konstruksi bangunan. Oleh karena itu, penting untuk memahami rumus yang digunakan dan menerapkan cara yang tepat dalam penggunaannya. Dengan menggunakan rumus mencari beban dengan benar, maka konstruksi bangunan yang dihasilkan dapat memenuhi kebutuhan dan standar keselamatan yang berlaku.