web viewoleh karena itu baja banyak dipakai sebagai bahan struktur, misalnya untuk rangka utama...

BAB I

STRUKTUR BAJA

Baja adalah suatu jenis bahan bangunan yang berdasarkan pertimbangan ekonomi,

sifat, dan kekuatannya, cocok untuk pemikul beban. Oleh karena itu baja banyak dipakai

sebagai bahan struktur, misalnya untuk rangka utama bangunan bertingkat sebagai kolom dan

balok, sistem penyangga atap dengan bentangan panjang seperti gedung olahraga, hanggar,

menara antena, jembatan, penahan tanah, fondasi tiang pancang, bangunan pelabuhan,

struktur lepas pantai, dinding perkuatan pada reklamasi pantai, tangki-tangki minyak, pipa

penyaluran minyak, air, atau gas.

Struktur baja terbagi atas 3 kategori:

Struktur rangka, dengan elemen-elemen tarik, tekan, dan lentur

Struktur cangkang (elemen tarik dominan)

Struktur tipe suspensi (elemen tarik dominan)

Gambar Struktur Rangka Batang pada Jembatan

Gambar Struktur Rangka Batang Kuda-Kuda

Gambar Struktur Cangkang (shell structure)

Gambar Struktur Cangkang di Australia (shell structure)

Gambar Suspension Bridge

SISTEM STRUKTUR RANGKA BATANG INDUSTRI

Bentang < 20 m -> tanpa haunchBentang > 20 m -> dengan haunch

Bentang 40 – 70 m

Bentang > 70 m Rangka Batang Ruang

Panjang sampai (60-80 m)

Panjang melebihi (60-80 m)

BAB II

SIFAT-SIFAT BAJA

Sifat mekanis suatu bahan adalah kemampuan bahan tersebut memberikan

perlawanan apabila diberikan beban pada bahan tersebut. Atau dapat dikatakan sifat mekanis

adalah kekuatan bahan didalam memikul beban yang berasal dari luar. Sifat mekanis pada

baja meliputi:

Regangan (e)  : besar deformasi perpanjang awal (tanpa satuan)

Tegangan (s)  : gaya per satuan luas dalam satuan Mpa. 

Elongation   : pertambahan panjang pada pengujian tarik (%). 

Kekuatan tarik (tensile strength)  : besar tegangan (gaya) yang diperlukan unutk

mematahkan atau memutuskan benda uji.

Kekuatan leleh (yield strength)  : besar tegangan yang diperlukan untuk mencapai

regangan plastis 0.2%.

Keliatan (ductility)  : besar regangan maksimal yang dapat terjadi pada saat benda uji

patah atau putus dalam satuan persen (%).

Kekerasan (hardness)  : ketahanan bahan terhadap penetrasi dipermukaannya, yang

dinyatakan dalam Bilangan kekerasan Brinell (BHN), Vickers (DPH) dan atau kekerasan

Rockwell (R). BKB dihitung berdasarkan luas daerah lekukan yang ditimbulkan,

sedangkan R dihitung berdasarkan dalamnya lekukan.

Keuletan (toughness)  : daya tahan bahan terhadap lenturan dan puntiran – puntiran

berulang – ulang yang diukur dari besarnya energi yang diperlukan untuk mematahkan

suatu benda uji yang dinyatakan dalam satuan joule. Penilaian keuletan dilakukan dengan

tes Charpy atau Izod.

Kekuatan Baja.

Sifat penting pada baja adalah kuat tarik. Pada saat baja diberi beban, maka baja akan

cenderung mengalami deformasi/perubahan bentuk. Perubahan bentuk ini akan menimbulkan

regangan/strain, yaitu sebesar terjadinya deformasi tiap satuan panjangnya. Akibat regangan

tersebut, didalam baja terjadi tegangan/stress sebesar, , dimana P = beban yang membebani

baja, A = luas penampang baja. Pada waktu baja diberi beban, maka terjadi regangan. Pada

waktu terjadi regangan awal, dimana baja belum sampai berubah bentuknya dan bila beban

yang menyababkan regangan tadi dilepas, maka baja akan kembali ke bentuk semula.

Regangan ini disebut dengan regangan elastis karena sifat bahan masih elastis. Perbandingan

antara tegangan dengan regangan dalam keadaan elastis disebut dengan “Modulus

Elastisitas/Modulus Young”. Ada 3 jenis tegangan yang terjadi pada baja, yaitu :

-          tegangan , dimana baja masih dalam keadaan elastis

-          tegangan leleh, dimana baja mulai rusak/leleh

-          tegangan plastis, tegangan maksimum baja, dimana baja mencapai kekuatan

maksimum.

Tegangan Leleh

Tegangan leleh sering disebut sebagai perilaku baja dimana pada saat ditarik dengan

tegangan tertentu, baja tersebut tidak dapat kembali ke panjang mula-mulanya pada saat

sebelum ditarik. Oleh karena itu sering dipakai asumsi bahwa tegangan leleh adalah tegangan

yang dapat menimbulkan regangan tetap sebesar 0,2%, sehingga tegangan leleh dapat

ditentukan dengan menarik garis lurus sejajar dengan kurva linier, melalui titik pada sumbu X

yang menunjukkan regangan sebesar 0,2% (Gambar 1.4)

Mutu baja dapat digolongkan dalam beberapa tingkatan sesuai dengan kekuatan baja

tersebut, berikut adalah mutu baja yang terdapat di pasaran :

Jenis Baja

Tegangan putus

minimum, fu

(MPa)

Tegangan leleh

minimum, y f

(MPa)

Peregangan

minimum

(%)

BJ 34 340 210 22

BJ 37 370 240 20

BJ 41 410 250 18

BJ 50 500 290 16

BJ 55 550 410 13

Sifat-sifat mekanis lainnya

Sifat-sifat mekanisme lainnya baja struktural untuk perencanaan adalah sebagai

berikut :

Modulus elastis : E = 200.000 Mpa

Modulus geser : G = 80.000 Mpa

Nisbah poisson : = 0,3

Koefisien pemuaian : = 12 . 10-6 / oC

BAB 3

PROFIL TUNGGAL

PROFIL GABUNGAN

Keterangan :Profil siku 60x60x6 mm (2 buah)Pelat 200x10 mm

Spesifikasi Profil siku : A = 6,91 cm2

Ix/Iy = 22,8 cm4

W = 5,29 cm3

Spesifikasi pelat : A = 20 cm2

Ix = 1/12*b*h3

= 1/12*1*203

= 666,67 cm4

Wx = 1/6*b*h2

= 1/6*1*202

= 400/6= 66,67 cm3

Titik berat profil gabungan : Y = ((6,91*183,1)+(6,91*183,1)+(20*100)) / (6,91+6,91+20)

= (1265,221 + 1265,221 + 2000) / (33,82)= 4530,442/33,82= 134

X = ((6,91*43,1)+(6,91*86,9)+(20*65)) / (6,91+6,91+20)= (297,821 + 600,479 + 1300) / (33,82)= 2198,3 / 33,82= 65

Apabila sama dengan ijin = 1600 kg/cm2, maka :

M = 1600*((5,29*2)+66,67)= 1600*77,25= 123600 kgcm 1,24 tm

Keterangan :

M

= kip W

Profil siku 60x60x6 mm (4 buah)Pelat 200x10 mm

Spesifikasi Profil siku : A = 6,91 cm2

Ix/Iy = 22,8 cm4

W = 5,29 cm3

Spesifikasi pelat : A = 20 cm2

Ix = 1/12*b*h3

= 1/12*1*203

= 666,67 cm4

Wx = 1/6*b*h2

= 1/6*1*202

= 400/6= 66,67 cm3

Titik berat profil gabungan : Y = ((6,91*183,1)+(6,91*183,1)+(6,91*16,9)+(6,91*16,9)+(20*100))/

(6,91+6,91+20+6,91+6,91)= (1265,221 + 1265,221 + 2000 + 116,779 + 116,779) / (47,64)= 4764/47,64= 100

X = ((6,91*43,1)+(6,91*86,9)+(6,91*43,1)+(6,91*86,9)+(20*65))/ (6,91+6,91+20+6,91+6,91)

= (297,821 + 600,479 + 1300 + 297,821 + 600,479 +) / (47,64)= 3096,6 / 47,64= 65

Apabila sama dengan ijin = 1600 kg/cm2, maka :

M = 1600*((5,29*4)+66,67)= 1600*87,83= 140528kgcm 1,4 tm

M

= kip W

Keterangan :Profil siku 60x60x6 mm (4 buah)Pelat badan 200x10 mmPelat sayap 130x7 mm (2 buah)

Spesifikasi Profil siku : A = 6,91 cm2

Ix/Iy = 22,8 cm4

W = 5,29 cm3

Spesifikasi pelat badan: A = 20 cm2

Ix = 1/12*b*h3

= 1/12*1*203

= 666,67 cm4

Wx = 1/6*b*h2

= 1/6*1*202

= 400/6= 66,67 cm3

Spesifikasi pelat sayap: A = 9,1 cm2

Ix = 1/12*b*h3

= 1/12*13*0,73

= 0,3716 cm4

Wx = 1/6*b*h2

= 1/6*13*0,72

= 1,061 cm3

Titik berat profil gabungan : Y = ((6,91*190,1)+(6,91*190,1)+(6,91*23,9)+(6,91*23,9)+(20*107)

(9,1*3,5)+ (9,1*210,5))/ (6,91+6,91+20+6,91+6,91+9,1+9,1)= (1313,59+1313,59+2140+165,15+165,15+31,85+1915,55)/(65,84)= 7044,88/65,84= 107

X = ((6,91*43,1)+(6,91*86,9)+(6,91*43,1)+(6,91*86,9)+(20*65)+(9,1*65)+ (9,1+65)/(6,91+6,91+20+6,91+6,9+9,1+9,11)

= (297,821+600,479+1300+297,821+600,479+591,5+591,5) / (65,84)= 4279,6 / 65,84= 65

Apabila sama dengan ijin = 1600 kg/cm2, maka :

M = 1600*((5,29*4)+66,67+(1,061*2))= 1600*89,952= 143923,2 kgcm 1,44 tm

M

= kip W

Keterangan :Profil IWF 200x100Pelat sayap 100x5 mm

Spesifikasi Profil IWF : A = 27,16 cm2

Ix/Iy = 1840 cm4

W = 184 cm3

Spesifikasi pelat : A = 5 cm2

Ix = 1/12*b*h3

= 1/12*10*0,53

= 0,1041 cm4

Wx = 1/6*b*h2

= 1/6*10*0,52

= 0,416 cm3

Titik berat profil gabungan : Y = ((27,16*105)+(5*2,5)+(5*207,5)) / (27,16+5+5)

= (2851,8 + 12,5 + 1037,5) / (37,16)= 3901,8/37,16

= 105 X = ((27,16*50)+(5*50)+(5*50)) / (27,16+5+5)

= 1858/37,16= 50

Apabila sama dengan ijin = 1600 kg/cm2, maka :

M = 1600*((184)+(0,416*2))= 1600*184,832= 295731,2 kgcm 2,96 tm

Keterangan :

M

= kip W

Profil IWF 200x100 (2buah)Pelat badan 200x10 mmProfil siku 60x60x6 (4 buah)

Spesifikasi Profil IWF : A = 27,16 cm2

Ix = 1840 cm4

Wy = 26,8 cm3

Spesifikasi Profil siku : A = 6,91 cm2

Ix/Iy = 22,8 cm4

Wx = 5,29 cm3

Spesifikasi pelat : A = 20 cm2

Ix = 1/12*b*h3

= 1/12*1*203

= 666,67 cm4

Wx = 1/6*b*h2

= 1/6*1*202

= 400/6= 66,67 cm3

Titik berat profil gabungan : Y = ((6,91*183,1)+(6,91*183,1)+(6,91*16,9)+(6,91*16,9)+(20*100)+

(27,16*-2,25)+(27,16*202,25)) / (6,91+6,91+20+6,91+6,91+27,16+27,16))

= (1265,221+1265,221+2000 +116,779+ 116,779-61,1+5493,1)/ (101,96)= 10196/101,96= 100

X = ((6,91*43,1)+(6,91*86,9)+(6,91*43,1)+(6,91*86,9)+(20*65)+27,16*65)+(27,16*65))/ (6,91+6,91+20+6,91+6,91+27,16+27,16))

= (297,821+600,479+1300+297,821+600,479+3530,8) / (101,96)= 6627,4 / 101,96= 65

Apabila sama dengan ijin = 1600 kg/cm2, maka :

M = 1600*((5,29*4)+66,67+(26,8*2))= 1600*141,43= 226288 kgcm 2,26 tm

Keterangan :Profil UNP 180x90x7x10,5 (2buah)Pelat badan 300x10 mmProfil siku 60x60x6 (2 buah)

Spesifikasi Profil UNP : A = 27,2 cm2

M

= kip W

Ix = 1380 cm4

Wx = 150 cm3

Spesifikasi Profil siku : A = 6,91 cm2

Ix/Iy = 22,8 cm4

Wx = 5,29 cm3

Spesifikasi pelat : A = 30 cm2

Ix = 1/12*b*h3

= 1/12*1*303

= 2250 cm4

Wx = 1/6*b*h2

= 1/6*1*302

= 150 cm3

Titik berat profil gabungan : Y = ((6,91*16,9)+(6,91*16,9)+(30*150)+(27,2*255)+(27,2*255))

/ (6,91+6,91+30+27,2+27,2)= (116,78+116,78+4500 +6936+ 6936) / 98,22= 18605,56/98,22= 189,43

X = ((6,91*43,1)+(6,91*86,9)+(30*65)+(27,2*38,5)+(27,2*91,5))/ (6,91+6,91+30+27,2+27,2)

= (297,821+600,479+1950+1047,2+2488,8)/ 98,22= 6384,3 / 98,22= 65

Apabila sama dengan ijin = 1600 kg/cm2, maka :

M = 1600*((5,29*2)+150+(150*2))= 1600*460,58= 736928 kgcm 7,37 tm

M

= kip W

Soal

Rav = 1/2Q + ½ P= 3,5 + 2,5= 6 ton

Mmax = 6 x 3,5 – 3,5 x 1,75= 21 – 6,125= 14,875 tm

Pemilihan profil tunggal PROFIL UNP (380X100X13X20)

Apabila sama dengan ijin = 1600 kg/cm2, maka :

M = 1600*924= 1478400 kgcm 14,78 tm < 14,87 tm (dipilih karena profil yang terbesar)

PROFIL IWF (396X199)

M

= kip W

M

= kip W

Apabila sama dengan ijin = 1600 kg/cm2, maka :

M = 1600*1010= 1616000 kgcm 16,16 tm > 14,875 tm

PROFIL Double Siku (2L 250x250x35x12)

Apabila sama dengan ijin = 1600 kg/cm2, maka :

M = 1600*1038,18= 1661088 kgcm 16,61 tm > 14,875 tm

Pemilihan profil gabungan

Dari semua profil gabungan yang saya desain, tidaka ada yang memenuhi syarat.

Tetapi apabila menggunakan profil gabungan seperti di atas maka ukuran profilnya harus diganti menjadi :

Spesifikasi Profil UNP (200x90x8x13,5) : A = 28,65 cm2

Ix = 2490 cm4

Wx = 249 cm3

Spesifikasi Profil siku (130x130x12) : A = 29,76 cm2

M

= kip W

Ix/Iy = 467 cm4

Wx = 48,89 cm3

Spesifikasi pelat 450x10: A = 60 cm2

Ix = 1/12*1*453

= 1/12*1*453

= 7593,75 cm4

Wx = 1/6*b*h2

= 1/6*1*452

= 337,5 cm3

W total = (249*2) + (49,89*2) + 337,5= ( 498 + 99,78 + 337,5 ) = 935,28 cm3

M = 935,28 * 1600 = 14,96448 tm > 14,875 tm

BAB 5

KUAT TARIK BAJA PROFIL

Baja double siku (equal angle)

Baja IWF (Wide Flange)

Mencari Ukuran Profil Sesuai Besar Gaya

Tugas BajaSambungan Baut Sekuat Profil

TUGAS BAJASambungan Baut Sekuat Momen

SOAL 1

Jawab

Dengan, y1 = 20 cm ; dan y2 = 10 cm

Soal 2

Karena momen yang bekerja berada dibagian bawah, jadi F terbesar berada di baut bagian bawah.

y2 = 8 cm ; dan y1 = 16 cm

Karena Ngeser lebih kecil dari Ntumpu, maka yang digunakan adalah Ngeser dikali dengan jumlah baut dalam 1 baris :

7052,8 x 4 = 28221,2 kg

Fbaut = F1 = 28221,2 kg