Memahami Daktilitas Material

Kita sering mendengar istilah daktilitas, tapi mungkin agak-agak kurang paham apa maknanya. Saya sendiri sebenarnya sedikit “alergi” jika mendengar atau membaca istilah-istilah “asing”, apalagi kalau yang dibaca adalah artikel ilmiah, ditambah lagi jika artikelnya dalam bahasa Inggris. Otak saya akan bekerja 3 kali lebih keras, hehe.

Daktilitas berlawanan dengan kegetasan. Waduh, istilah apa pula tuh? Daktilitas adalah kata benda, kata sifatnya adalah daktail. Sementara lawannya adalah getas (kata sifat) istilah “Londo”-nya brittle, sehingga kata bendanya adalah kegetasan. (kok jadi belajar Bahasa Indonesia ya?)

Anyway, kalau getas jujur saja bagi saya pribadi lebih gampang dipahami. Karena kalau mendengar kata getas saya langsung ingat dengan KERUPUK. Tapi kalau mendengar kata daktail, saya tidak bisa menemukan makanan yang sifatnya daktail (permen karet mungkin iya, tapi saya tidak doyan permen karet), makanya lebih susah memahami daktail daripada getas. 😀

Kembali ke topik. Tiap material, khususnya material bangunan setidaknya punya karakteristik yang berbeda jika diberi gaya (beban). Ada yang kuat jika ditekan tapi hancur jika ditarik (misalnya beton). Ada yang kuat jika ditarik, tapi tidak ada apa-apanya jika ditekan (misalnya kabel, rantai, tali, dll), ada juga yang kuat jika ditarik dan ditekan (misalnya profil baja struktural). Dan.. tentu saja ada yang tidak kuat jika ditarik maupun ditekan, misalnya kerupuk.

ELASTIS dan PLASTIS
Konsep ini mutlak harus dipahami dulu. Karena kami bukan ahlinya, maka penjelasan di sini juga diusahakan dalam bahasa “bukan ahlinya”.

Misalnya ada sebuah benda (material), jika diberi gaya (ditarik, ditekan, atau dilenturkan), benda tersebut memanjang, memendek, atau bengkok (berdeformasi). Kemudian gaya tersebut dihilangkan, dan benda tersebut kembali persis ke bentuk dan ukuran semula. Kondisi ini dinamakan kondisi ELASTIS.

Tapi, ada suatu kondisi jika gaya tersebut ditambah besarnya, benda tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk semula. Benda itu sudah dalam kondisi PLASTIS atau INELASTIS.

Dalam kondisi elastis, besarnya gaya berbanding lurus dengan besarnya deformasi. Misalnya kita ambil gaya tarik versus penambahan panjang. Semakin bsar gaya tariknya, semakin besar pula penambahan panjangnya. Dalam pembahasan biasanya digunakan tegangan untuk mewakili gaya (σ = F/A), dan regangan untuk mewakili penambahan panjang (ε = ΔL/L)

Titik waktu pertama kali material tersebut memasuki kondisi plastis disebut Titik Leleh (Yield Stress). Pada kondisi plastis, hubungan tegangan regangan sudah menyimpang jauh dari linear. Diberi tambahan gaya sedikit saja, deformasinya bisa bertambah berlipat-lipat kali dari deformasi elastis.

Jika gaya tersebut ditambah, maka material tersebut bisa putus. Titik ini disebut titik putus, atau titik fraktur (Ultimate Stress).

Daktilitas adalah kemampuan material mengembangkan regangannya dari pertama kali leleh hingga akhirnya putus. Atau, daktilitas bisa juga kita artikan seberapa plastis material tersebut. Semakin panjang “ekor plastis”nya, semakin daktail material tersebut.

Kebalikan dengan daktail, material yang GETAS tidak memiliki “ekor plastis” yang panjang. Malah ada yang sama sekali tidak memiliki “ekor plastis”. Artinya, titik lelehnya sama dengan titik putusnya. Begitu dia leleh saat itu juga dia putus.

MODULUS ELASTISITAS
Modulus Elastisitas biasa disebut juga Modulus Young. Walaupun sebenarnya Modulus Young adalah bagian dari Modulus Elastisitas (sumber: wikipedia).

Modulus Elastisitas (nggak usah diturunkan ya persamaannya), dirumuskan sebagai:
$latex E = \frac{\sigma}{\epsilon} $
$latex \sigma $ adalah regangan, dan $latex \epsilon $ adalah regangan.
Pada grafik hubungan tegangan-regangan, kemiringan kurva elastis menunjukkan besarnya Modulus Elastisitas.

Semakin tegak kurva elastisnya, maka semakin besar nilai E-nya. Sebaliknya semakin landai kurvanya, semakin kecil nilai E-nya.

BAJA
Di antara tiga material utama konstruksi (baja, beton, kayu), baja adalah material yang paling daktail. Tegangan lelehnya tinggi, regangan maksimumnya besar. Modulus Elastisitasnya juga tinggi.

BETON
Beton kebalikan dengan baja. Beton justru sangat tidak daktail. Beton malah sangat getas ketika mengalami tegangan tarik. Sedangkan ketika mengalami tekan, perilaku elastisnya hanya terlihat sekitar 0 – 30% dari kuat tekan beton. Setelah itu tidak elastis lagi. Hal ini konon diakibatkan karena munculnya retak-retak pada saat tegangan sudah mulai tinggi.

KARET
Karet adalah contoh material yang sangat fleksibel (modulus Elastisitas kecil) tapi juga getas. Artinya, begitu mencapai titik leleh seketika itu juga karet itu putus.

Regangan karet bisa mencapai lebih dari 100%, artinya karet dapat memanjang 2 kali (bahkan lebih) dari panjang semula.
Regangan beton (tekan) paling maksimal sekitar 0.3-0.4 persen.
Regangan leleh baja sekitar 0.2 persen, dan regangan putusnya mencapai 15%. (so, kalau anda mau menarik sebuah tulangan baja hingga putus, paling tidak anda harus bisa menarik tulangan tersebut menjadi 15% lebih panjang terlebih dahulu baru kemudian baja itu akan putus)

Kalo digambarkan ketiganya kurang lebih perbandingannya seperti gambar berikut.

KERUPUK
Kebetulan belum ada laboratorium yang mengadakan penelitian tentang hubungan tegangan-regangan dari kerupuk. Mungkin anda berminat?

Dari pembahasan ini akan muncul istilah-istilah lain seperti:

1. Sendi Plastis.
Sendi plastis adalah kondisi ujung-ujung elemen struktur yang semula kaku (rigid) atau terjepit sempurna, kemudian menjadi sendi (pinned) karena material penyusunnya (dalam hal ini baja) telah mengalami kondisi plastis.

Misalnya sambungan balok ke kolom pada awalnya didesain kaku (rigid), namun karena momen tumpuan sangatt besar mengakibatkan semua tulang tarik pada balok mengalami leleh. Jika sudah leleh, tentu sudah tidak elastis lagi.
Gaya gempa yang arahnya bolak balik menyebabkan sisi atas dan sisi bawah balok secara bergantian mengalami tekanan tarik dan tekan yang besar, bahkan dapat membuat beton menjadi retak atau hancur.
Dalam kondisi seperti ini, kekuatan ujung balok bergantung kepada tulangan. Deformasinya (dalam hal ini putaran sudut) menjadi besar, dan ujung balok tidak rigid lagi, alias sudah seperi sendi.

2. Daktilitas Penampang.
Daktilitas penampang adalah kemampuan penampang untuk mengembangkan deformasinya setelah mengalami leleh pertama kali.

Atau bisa disebut juga seberapa lama suatu elemen struktur bisa bertahan dengan kondisi sendi plastis di ujung-ujungnya.

3.Daktilitas Struktur
Daktilitas secara keseluruhan. Khususnya dalam memikul beban lateral (gempa).

Tiga hal ini insya Allah akan dibahas di lain kesempatan. Semoga bermanfaat.[]