STRUKTUR BAJA1

STRUKTUR BAJA1DosenPengasuhIr. Thamrin nasutionStaf Pengajar KOPERTIS Wil-I dpk ITMModul 1

Modul 1Materi Pembelajaran :Sejarah Baja dan Baja RinganSifat Mekanik Bahan Baja.Keliatan dan Kekenyalan.Kelakuan Baja Pada Suhu Tinggi.Patah Getas.Sobekan Lamela.Keruntuhan Lelah.Aplikasi Material Baja Pada Struktur. Atap Rangka Baja ; Bangunan Portal Baja ; Jembatan ; Menara.Material Baja Sebagai Bahan StrukturTujuan Pembelajaran :Mahasiswa memahami karakteristik/perilaku baja sebagai bahan struktur.Mahasiswa mengetahui berbagai tipe struktur baja.

Modul 1Material Baja Sebagai Bahan StrukturDAFTAR PUSTAKAAgus Setiawan,Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode LRFD (Berdasarkan SNI 03-1729-2002), Penerbit AIRLANGGA, Jakarta, 2008.Charles G. Salmon, Jhon E. Johnson,STRUKTUR BAJA, Design dan Perilaku, Jilid 1, Penerbit AIRLANGGA, Jakarta, 1990.SNI 03 - 1729 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung.Photo-photo dikutip dari Internet dan photo dokumentasi pribadi. Modul 1Material Baja Sebagai Bahan Struktur Bajaadalahlogam campuran yang tediri dari besi (Fe) dan karbon (C). Jadi baja berbeda dengan besi (Fe), alumunium (Al), seng (Zn), tembagga (Cu), dan titanium (Ti) yang merupakan logam murni. Dalam senyawa antara besi dan karbon (unsur nonlogam) tersebut, besi menjadi unsur yang lebih dominan dibanding karbon. 1. Sejarah Baja dan Baja Ringan A. Besi Baja Kandungan kabon berkisar antara 0,2 2,1% dari berat baja, tergantung tingkatannya. Secara sederhana, fungsi karbon adalah meningkatkan kwalitas baja, yaitu daya tariknya (tensile strength) dan tingkat kekerasannya (hardness). Selain karbon, sering juga ditambahkan unsur chrom (Cr), nikel (Ni), vanadium (V), molybdaen (Mo) untuk mendapatkan sifat lain sesuai aplikasi dilapangan seperti antikorosi, tahan panas, dan tahan temperatur tinggi.1. Sejarah Baja dan Baja RinganBesi ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM - Tahun 1100 SM.

Penggunaan logam sebagai bahan struktural diawali dengan besi tuang untuk bentang lengkungan (arch) sepanjang 100 ft (30 m) yang dibangun di Inggris pada tahun 1777 1779.1. Sejarah Baja dan Baja Ringan

Gambar 1 (a) :Coalbrookdale Arch Bridge di Inggris, dibuka pada tanggal, 01 01 1781.Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ironbridge_6.jpg

Gambar 1 (b) :Coalbrookdale Arch Bridge di Inggris, dibuka pada tanggal, 01 01 1781.Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ironbridge_6.jpg1. Sejarah Baja dan Baja RinganKlasifikasi baja menurut komposisi kimianya :Baja Karbon (Carbon Steel).Terbagi atas 3, yaitu : Baja karbon rendah (low carbon steel) machine, machinery dan mild steel - 0,05 % 0,30% C. Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya: -0,05 % 0,20 % C :automobile bodies, buildings, pipes, chains (rantai), rivets (paku keling), screws (sekrup), nails (paku). - 0,20 % 0,30 % C :gears (roda gigi), shafts (poros), bolts (baut), forgings, bridges, buildings.1. Sejarah Baja dan Baja RinganKlasifikasi baja menurut komposisi kimianya :Baja Karbon (Carbon Steel).Terbagi atas 3, yaitu : Baja karbon menengah (medium carbon steel). -Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.-Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong.Penggunaan:-0,30 % 0,40 % C :connecting rods (penghubung batang/kabel), crank pins (pin engkol), axles (as roda).-0,40 % 0,50 % C :car axles(as mobil), rankshafts, rails (rel), boilers, auger bits, screwdrivers (obeng).1. Sejarah Baja dan Baja RinganKlasifikasi baja menurut komposisi kimianya :Baja Karbon (Carbon Steel).Terbagi atas 3, yaitu : Baja karbon menengah (medium carbon steel). -Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.-Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong.Penggunaan:-0,50 % 0,60 % C :hammersdan sledges (kereta luncur).1. Sejarah Baja dan Baja RinganKlasifikasi baja menurut komposisi kimianya :Baja Karbon (Carbon Steel).Terbagi atas 3, yaitu : Baja karbon tinggi (high carbon steel). -Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % 1,50 % CPenggunaan,-screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws,hammers, vise jaws,knives, drills.tools for turning brass and wood, reamers,tools for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters.1. Sejarah Baja dan Baja RinganKlasifikasi baja menurut komposisi kimianya :Baja Karbon (Carbon Steel).Baja mengandung unsur maksimum karbon (C) 1,7 %, mangan (Mn)1,65 %, silikon (Si) 0,6 % dan tembaga (Cu) 0,6 %. Karbon dan mangan adalah unsur utama untuk menaikkan kekuatan besi murni.1. Sejarah Baja dan Baja RinganKlasifikasi baja menurut komposisi kimianya :Baja Karbon (Carbon Steel).Baja Karbon A36 mengandung karbon maksimum antara 0,25 % s/d 0,29 % tergantung kepada tebalnya. Baja karbon struktural ini memiliki titik leleh 36 ksi (250 Mpa), lihat gambar 2, kurva (a) berikut. Penambahan karbon akan menaikkan tegangan leleh, tetapi mengurangi daktilitas (ductility), sehingga lebih sukar dilas. Yang termasuk baja karbon adalah A36. 1. Sejarah Baja dan Baja RinganKlasifikasi baja menurut komposisi kimianya :b. Baja Paduan Rendah Kekuatan Tinggi (High Strength Low Alloy Steel).Baja ini diperoleh dari baja karbon dengan menambah unsur paduan seperti chrom, columbium, tembaga, mangan molybdenum, nikel, fosfor, vanadium atau zirconimum agar beberapa sifat mekanisnya lebih baik. Sementara baja karbon mendapatkan kekuatan dengan menaikkan kandungan karbon. Tegangan lelehnya berkisar antara 40 ksi dan 70 ksi (275 Mpa dan 480 Mpa). Pada gambar terlihat pada gambar 2 kurva (b). 1. Sejarah Baja dan Baja RinganKlasifikasi baja menurut komposisi kimianya :b. Baja Paduan Rendah Kekuatan Tinggi (High Strength Low Alloy Steel).Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:1.Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya).2.Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah.3.Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi).4. Untuk membuat sifat-sifat spesial.

Gambar 2 : Kurva tegangan regangan.Sumber : STRUKTUR BAJA, Disain dan Perilaku, Charles G. Salmon.1. Sejarah Baja dan Baja RinganKlasifikasi baja menurut komposisi kimianya :c. Baja Paduan.Baja paduan rendah dapat didinginkan (dalam air) dan dipanaskan kembali untuk mendapatkan tegangan leleh sebesar 80 ksi sampai 110 ksi (550 Mpa sampai 760 Mpa). Tegangan leleh biasanya didefinisikan sebagai tegangan dengan regangan tetap sebesar 0,2%, lihat gambar 3. Namun baja paduan ini tidak menunjukkan titik leleh yang jelas. Kurva tegangan-regangan yang umum diperlihatkan kurva (c) pada gambar 2.

Gambar 3 : Kurva tegangan-regangan tipikal yang diperbesar untuk pelbagai leleh.Sumber : STRUKTUR BAJA, Disain dan Perilaku, Charles G. Salmon.

Gambar 4 : Contoh profil baja canai panas (hot rolled), tebal profil > 1mm.1. Sejarah Baja dan Baja RinganB. Baja Ringan (Cold Rolled)1. Sejarah Baja dan Baja RinganBaja ringan adalah baja canai dingin (cold rolled) dengan kualitas tinggi yang bersifat ringan dan tipis namun kekuatannya tidak kalah dengan baja konvensional. Baja ringan memiliki tegangan tarik tinggi (G550). Baja G550 berarti baja memiliki kuat tarik 550 MPa (Minimum Yeild Strength 5500 kg/cm2).Standar bahan ASTMA792, JIS G3302, SGC 570B. Baja Ringan (Cold Rolled)1. Sejarah Baja dan Baja RinganUntuk melindungimaterialbaja mutu tinggi dari korosi, diberikan lapisan pelindung (coating) secara memadai. Jenis coating pada baja ringan yang beredar dipasaran adalah Galvanized, Galvalume, atau sering juga disebut sebagai zincalume, dikenal dengan ZAM, dikembangkan sejak 1985, menggunakan lapisan pelindung yang terdiri dari: 96% zinc, 6% aluminium, dan 3% magnesium.

B. Baja Ringan (Cold Rolled)1. Sejarah Baja dan Baja RinganGambar 5 : Contoh profil baja canai dingin (cold rolled), tebal profil < 1 mm(0,60 mm dan 0,80 mm), dinamai juga baja ringan.Sumber : Brosur prima truss.2. Sifat Mekanik BajaUntuk mengetahui sifat mekanik baja dilakukan pengujian tarik terhadap benda uji (gambar 6), dengan memberikan gaya tarikan sampai benda uji menjadi putus.

Gambar 6 : Benda uji (a), dengan uji tarik,(b) dan (c) bersifat liat (ductile),(d) bersifat rapuh/getas (brittle).

BEBAN P (Ton)DEFORMASI L (mm)PPGaya P (kg) bekerja pada sumbu batang, merata pada seluruh tampang F (cm2), disebut Gaya Normal.FTerjadi tegangan yang merata pada tampang F, disebut Tegangan Normal yaitu, =PF(Kg/cm2)Besarnya sama pada seluruh panjang batang. Tegangan NormalSumber gambar :http://www.frankbacon.comIR. THAMRIN NST.Staf Pengajar KOPERTIS Wil-I dpk ITM.0100500MPa100015000210mm20304682. Sifat Mekanik Baja26

Deformasi/pertambahan panjang (L), menurut HOOKE,a). Berbanding lurus dengan gaya P.b). Berbanding lurus dengan panjang batang (Lo).c). Berbanding terbalik dengan luas tampang (F)d). Berbanding terbalik dengan modulus elastisitas bahan (E).L =P LoE F(cm)L = Lo + L (cm)IR. THAMRIN NST.Staf Pengajar KOPERTIS Wil-I dpk ITM.Sumber gambar :http://www.frankbacon.comBEBAN P (Ton)DEFORMASI L (mm)0100500MPa100015000210mm20304682. Sifat Mekanik Baja27

L =P LoE F(cm)dimana,F =P(kg/cm2) = tegangan normal (tarik/tekan)LLo =(regangan (tanpa dimensi)E = modulus elastisitas (kg/cm2)maka, =E(kg/cm2)IR. THAMRIN NST.Staf Pengajar KOPERTIS Wil-I dpk ITM.Sumber gambar :http://www.frankbacon.com2. Sifat Mekanik BajaDEFORMASI L (mm)BEBAN P (Ton)0100500MPa100015000210mm203046828Modulus elastisitas (Youngs Modulus, adalah Angka perbandingan Tegangan dengan Regangandari bahan tertentu, satuan kg/cm2 atau Mpa.E = 200.000 Mpa (SNI 03-1729-2002)E = 2,1x106 kg/cm2 (PPBBI 1984) Besar modulus elastisitas baja, E = tegangan/regangan = / 2. Sifat Mekanik Baja29prbatas proporsionalbatas elastisdaerah elastisbersifat elastisytegangan lelehtegangan batasuptegangan patahbersifat plastisTegangan Regangan daerah lelehYieldingPengerasan reganganStrain hardeningDiameterbenda ujimengecildan akanpatahNecking =FP =LLelasticLyieldneckingfracture = E2. Sifat Mekanik Baja302. Sifat Mekanik BajaSifat-sifat mekanis lainnya (SNI 03-1729-2002) sebagai berikut:Modulus elastisitas : E = 200.000 MPaModulus geser : G = 80.000 MPaNisbah poisson : = 0,3Koefisien pemuaian : = 12 x 10-6 / oCJenis BajaTegangan putus minimum,fu (Mpa)Tegangan leleh minimum, fy (Mpa)PereganganMinimum(%)BJ 3434021022BJ 3737024020BJ 4141025018BJ 5050029018BJ 5555041013Tabel 1 : Sifat Mekanik Beberapa Jenis Baja.

Sumber gambar :http://www.umeciv.maine.eduHasil penelitian bahan daktail (Baja)2. Sifat Mekanik Baja2. Sifat Mekanik BajaTensile testing of ASTM A36

Source : Youtube32 Angka Poisson.IR. THAMRIN NST.Staf Pengajar KOPERTIS Wil-I dpk ITM.Ld1d0Benda uji yang diberi gaya tarik akan mengalami tidak hanya deformasi aksial, tetapi juga mengalami deformasi lateral, seperti terlihat pada gambar.Deformasi aksial, LDeformasi lateral, d = d0 d1Regangan aksial, a =LLRegangan lateral (kontraksi),l =dd0Angka Poisson (Poisson Ratio), adalah angka perbandingan antara regangan lateral dengan regangan aksial, =la33Modulus Geser.IR. THAMRIN NST.Staf Pengajar KOPERTIS Wil-I dpk ITM.Ld1d0Modulus geser atau modulus elastisitas geser adalahhasil pembebanan geser murni yang digambarkan kurva bagian yang lurus dalam diagram tegangan regangan geser, diberikan olehpersamaan berikut,G = 2(1 + ) E 343. Keliatan dan KekenyalanKeliatan (toughness) dan kekenyalan (resilience) suatu bahan adalah kemampuan kemampuan bahan tersebut menyerap energy mekanis sebelum bahan tersebut hancur. Untuk tegangan uniaksial (satu sambu), besaran ini dapat diperoleh dari kurva uji tarik (tegangan regangan) seperti yang diperlihatkan Gambar 2.

3. Keliatan dan KekenyalanKekenyalan berhubungan dengan penyerapan energi elastis suatu bahan, adalah jumlah energi elastis yang dapat diserap oleh satu satuan volume bahan yang dibebani tarikan, besarnya sama dengan luas bidang di bawah diagram tegangan-regangan sampai tegangan leleh, disebut juga modulus kenyal.3. Keliatan dan KekenyalanKeliatan berhubungan energi total, baik elastis maupun inelastis, yang dapat diserap oleh satu satuan volume bahan sebelum patah/putus. Untuk tarikan uniaksial (satu sumbu), keliatan sama dengan luas bidang di bawah kurva tegangan-regangan tarik sampai titik patah, disebut juga modulus keliatan. Sebagai contoh, harga kekenyalan dan keliatan diberikan dalam tabel 2 berikut3. Keliatan dan KekenyalanJenis BajaKekenyalankN. m/m3KeliatankN. m/m3Baja karbon (A36), fy = 36 ksi15282700Baja paduan rendah kekuatanKekuatan tinggi (A441)fy = 50 ksi296103000Tabel 2 : Harga kekenyalan dan keliatan Baja. dst., lihat modul4. Kelakuan Pada Suhu TinggiBila suhu melampaui 93 C, kurva tegangan-regangan mulai menjadi tak linear dan secara bertahap titik leleh yang jelas menghilang. Modulus elastisitas, kekuatan leleh, dan kekuatan tarik akan menurun bila suhu naik. Pada suhu antara 430 dan 540 C terjadi laju penurunan maksimum. Baja dengan persentase karbon yang tinggi, seperti A36 A440 menunjukkan pelapukan regangan (strain aging), pada suhu 150 sampai 370 C. Pelapukan regangan mengakibatkan turunnya daktilitas.5. Patah GetasPatah getas didefenisikan sebagai "jenis keruntuhan berbahaya yang terjadi tanpa deformasi plastis lebih dahulu dan dalam waktu yang sangat singkat", lihat gambar 6.d. Kelakuan patah dipengaruhi oleh suhu, laju pembebanan, tingkat tegangan, ukuran cacat, tebal atau pembatas pelat, geometri sambungan, dan mutu pengerjaan

6. Sobekan LamelaSobekan lamela (lamelar tearing) merupakan salah satu bentuk patah getas. Dalam kasus ini, bahan dasar pada sambungan las yang sangat dikekang (restrained) pecah (sobek) akibat regangan sepanjang ketebalan yang timbul karena penyusutan logam las6. Sobekan Lamela

Gambar 9 : Sambungan dengan sobekan lamela akibat penyusutan las pada tebal bahan yang sangat dikekang7. Keruntuhan LelahPembebanan dan penghilangan beban yang berlangsung secara berulang-ulang, walaupun belum melampaui titik leleh dapat mengakibatkan keruntuhan, disebut kelelahan (fatigue). Keruntuhan ini dapat terjadi walaupun semua kondisi bajanya ideal. Sebagai contoh, jembatan jalan raya biasanya diperkirakan mengalami lebih dari 100.000 siklus pembebanan sehingga kelelahan (fatigue) perlu ditinjau dalam perencanaannya. Pada gedung, karena siklus pembebanannya rendah, maka kelelahannya tidak perlu ditinjau. Siklus pembebanan pada gedung umumnya berasal dari muatan hidup lantai, hujan, angin dan gempa

8. Aplikasi Material Baja Pada StrukturHOT ROLLEDStruktur Rangka

HOT ROLLED

HOT ROLLEDStruktur Rangka

HOT ROLLEDStruktur Rangka

HOT ROLLEDStruktur Rangka

HOT ROLLEDStruktur Rangka

HOT ROLLEDStruktur Rangka

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Steel_tower.jpg Description:A Steel towerPlace:Mutsumi Sakura-dori(Cherry tree Street), Matsudo, Chiba, JapanStruktur RangkaHOT ROLLED51

HOT ROLLEDStruktur Rangka

http://simanistruss.files.wordpress.com/2010/08/spesifikasi-baja-ringan.jpg Struktur RangkaCOLD ROLLED

53

COLD ROLLED

Struktur Rangka

IR. THAMRIN NST.Staf Pengajar KOPERTIS WIL-I dpk. ITM.(Steel Frame Building)MARRIOT HOTELGaithersburg, MDhttp://www.girder-slab.com

Struktur Portal55

http://www.vegaschatter.com/tag/Hotel%20Construction (Steel Frame Building)Struktur Portal56

IR. THAMRIN NST.Staf Pengajar KOPERTIS WIL-I dpk. ITM.(Beam Bridge)Jembatan Balok

57

ISI 5000 Liter

Jembatan Rangka(Truss Bridge)

Jembatan Gantung(Suspension Bridge)TERIMA KASIHSELAMAT BELAJAR