Struktur baja sebagai salah satu bahan konstruksi teknik sipil

MAKALAH

“Struktur Baja Sebagai Salah Satu Bahan Konstruksi di Teknik Sipil”

Dosen Pengampu : Ir. Zainuddin,ST,MT

 

Oleh :

Nama               : Zhailatur Risqiyah

Nim                 : 14.22201.1.167

Fakultas           : Teknik Sipil

Semester          : IV-A

UNIVERSITAS BOJONEGORO

2016

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah ini tentang“Struktur Baja Sebagai Salah Satu Bahan Konstruksi di Teknik Sipil”  ini dengan baik meskipun masih banyak kekurangandidalamnya.

Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai bahan bahan struktur baja. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam makalah  ini terdapat kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan makalah yang telah kami buat di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa saran yang membangun.

Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sekiranya laporan yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa depan.

Bojonegoro,  15,april 2016

Penulis

Zhailatur Risqiyah

i

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang           

B.     Tujuan

BAB II PEMBAHASAN

A.    Pengertian Baja

B.     Sifat – Sifat Baja

C.      Jenis – Jenis Baja

D.    Keuntungan dan Kerugian Baja

E.     Perbedaan ASD dan LRFD   

BAB III PENUTUP  

A.    Kesimpulan

B.     Saran

DAFTAR PUSTAKA                                                                                               

ii

BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Semakin berkembangnya peradaban manusia, semakin beragam pula kebutuhanmanusia.Ini dapat dilihat dari aspek teknik sipil. Pada jaman dahulu orang membuat jalan hanya dengan menyusun batu-batuan atau kerikil-kerikil, tapi kini semuanya telah berubah,manusia berusaha membuat jalan sebagai sarana transportasi dengan kualitas yang baik menggunakan teknologi rekayasa guna memenuhi kebutuhannya.Pembangunan dalam setiap bidang yang berhubungan dalam teknik sipil dimulai dari bangunan gedung, jembatan, jalan dan bangunan lainnya tidak akan terpisahkan dari bahan yang berasal dari dalam perut bumi. Mulai dari batuan, batu bara, minyak bumi sampai berbagai macam mineral yang langsung digunakan maupun yang diolah terlebih dahulu. Untuk itu dalam kesempatan ini, akan dibahas tentang baja. Masalah ini diangkat karena ingin mengetahui jenis-jenis baja, proses pembuatan baja serta syarat apa saja yang harus dipenuhi oleh baja sebagai bahan pembuatan baja .Bertitik tolak dari latar belakang masalah diatas, timbulah suatu permasalahan dalam diri kami dan menjadi suatu dorongan bagi kami untuk melaksanakan suatu analisa tentang jenis-jenis baja, proses pembuatan baja serta syarat apa saja yang harus dipenuhi oleh baja.

B.     TUJUAN

1.      Untuk mengenal apa itu baja.

2.      Agar bisa membedakan baja yang baik.

3.      Mengetahui kekurangan dan kelebihan baja dalam konstruksi bangunan.

4.      Mengetahui agar bisa membedakan perhitungan ASD dan LRFD.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    PENGERTIAN BAJA        

            Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi.

Unsur paduan lain yang biasa ditambahkan selain karbon adalah (titanium), krom (chromium), nikel, vanadium, cobalt dan tungsten (wolfram). Penambahan kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya(tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility). Baja tahan karat atau lebih dikenal dengan Stainless Steel adalah senyawa besi yang mengandung setidaknya 10,5% Kromium untuk mencegah proses korosi (pengkaratan logam). Kemampuan tahan karat diperoleh dari terbentuknya lapisan film oksidakromium, dimana lapisan oksida ini menghalangi proses oksidasi besi (Ferum). Stainless Steel sering digunakan dalam perlengkapan Stainless Steel untuk industri makanan.

B.     SIFAT BAJA

Beberapa sifat - sifat baja secara umum adalah :

v Keteguhan (solidity)

Mempunyai ketahanan terhadap tarikan, tekanan atau lentur

v Elastisitas (elasticity)

Kemampuan / kesanggupan untuk dalam batas –batas pembebanan tertentu, sesudahnya pembebanan ditiadakan kembali kepada bentuk semula.

v Kekenyalan / keliatan (tenacity)

Kemampuan/kesanggupan untuk dapat menerima perubahan perubahan bentuk yang besar tanpa menderita kerugian-kerugian berupa cacat atau kerusakan yang terlihat dari luar dan dalam untuk jangka waktu pendek

v Kemungkinan ditempa (maleability)

Sifat dalam keadaan merah pijar menjadi lembek dan plastis sehingga dapat dirubah bentuknya

v Kemungkinan dilas (weklability)

Sifat dalam keadaan panas dapat digabungkan satu sama lain dengan memakai atau tidak memakai bahan tambahan, tampa merugikan sifat-sifat keteguhannya

v Kekerasan (hardness)

Kekuatan melawan terhadap masuknya benda lain.

C.     JENIS- JENIS BAJA

Baja secara umum dapat dikelompokkan atas 2 jenis yaitu :

1.    Baja karbon (Carbon steel)

Baja karbon terdiri atas :

a.       Baja karbon rendah (low carbon steel) Machine, machinery dan mild steel (0,05 % – 0,30% C ) Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin  Penggunaannya:

b.      0,05 % – 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets, screws, nails.

c.       0,20 % – 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.

d.      Baja karbon menengah (medium carbon steel )

o  Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.

o  Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong.

Penggunaan:

a.       0,30 % – 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.

2. 0,40 % – 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers.
3. 0,50 % – 0,60 % C : hammers dan sledges.
4. Baja karbon tinggi (high carbon steel)  tool steel.

Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % – 1,50 % C

2.    Baja Paduan (Alloy steel)

Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:

a.       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

Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:

a.       Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %

2. Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
3. High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %

Baja paduan juga dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus (special alloy steel) &high speed steel.

• Baja Paduan Khusus (special alloy steel)

Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam-logam seperti nikel, chromium, manganese, molybdenum, tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut ke dalam baja maka baja paduan tersebut akan merubah sifat-sifat mekanik dan kimianya seperti menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila dibandingkan  terhadap baja karbon (carbon steel).

• High Speed Steel (HSS) Self Hardening Steel

Kandungan karbon : 0,70 % – 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti drills, reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High Speed Steel karena alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding dengan carbon steel. Sedangkan harga dari HSS besarnya dua sampai empat kali daripada carbon steel

Selain jenis-jenis baja di atas juga terdapat jenis – jenis baja lainnya antara lain :

Baja dengan sifat fisik dan kimia khusus:

• Baja tahan garam (acid-resisting steel)
• Baja tahan panas (heat resistant steel)
• Baja tanpa sisik (non scaling steel)
• Electric steel
• Magnetic steel
• Non magnetic steel
• Baja tahan pakai (wear resisting steel)
• Baja tahan karat/korosi

Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu:

• Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)
• Baja karbon perkakas (carbon tool steel)
• Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)
• Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)
• Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)

D.    KELEBIHAN DAN KEKURANGAN BAJA SEBAGAI MATERIAL STRUKTUR

Kelebihan Baja sebagai Material Struktur antara lain :

1)        Kekuatan Tinggi

Kekuatan yang tinggi dari baja per satuan berat mempunyai konsekuensi bahwa beban mati akan kecil. Hal ini sangat penting untuk jembatan bentang panjang, bangunan tinggi, dan bangunan dengan kondisi tanah yang buruk.

2)      Keseragaman

Sifat baja tidak berubah banyak terhadap waktu, tidak seperti halnya pada struktur beton bertulang.

3)     Elastisitas

Baja berperilaku mendekati asumsi perancang teknik dibandingkan dengan material lain karena baja mengikuti hukum Hooke hingga mencapai tegangan yang cukup tinggi. Momen inersia untuk penampang baja
dapat ditentukan dengan pasti dibandingkan dengan penampang beton bertulang.

4)      Permanen

Portal baja yang mendapat perawatan baik akan berumur sangat panjang, bahkan hasil penelitian menunjukkan bahwa pada kondisi tertentu baja tidak memerlukan perawatan pengecatan sama sekali.

5)      Daktilitas

Daktilitas didefinisikan sebagai sifat material untuk menahan deformasi yang besar tanpa keruntuhan terhadap beban tarik. Suatu elemen baja yang diuji terhadap tarik akan mengalami pengurangan luas penampang dan akan terjadi perpanjangan sebelum terjadi keruntuhan. Sebaliknya pada material keras dan getas (brittle) akan hancur terhadap beban kejut. SNI 03-1729-2002 mendefinisikan daktilitas sebagai kemampuan struktur atau komponennya untuk melakukan deformasi inelastis bolak-balik berulang (siklis) di luar batas titik leleh pertama, sambil mempertahankan sejumlah besar kemampuan daya dukung bebannya. Beban normal yang bekerja pada suatu elemen struktur akan mengakibatkan konsentrasi tegangan yang tinggi pada beberapa titik. Sifat daktil baja memungkinkan terjadinya leleh lokal pada titik-titik tersebut sehingga dapat mencegah keruntuhan prematur. Keuntungan lain dari material daktil adalah jika elemen struktur baja mendapat beban cukup maka akan terjadi defleksi yang cukup jelas sehingga dapat digunakan sebagai tanda keruntuhan.

6)      Liat (Toughness) 

Baja strukur merupakan material yang liat artinya memiliki kekuatan dan daktilitas. Suatu elemen baja masih dapat terus memikul beban dengan deformasi yang cukup besar. Ini merupakan sifat material yang penting karena dengan sifat ini elemen baja bisa menerima deformasi yang besar selama pabrikasi, pengangkutan, dan pelaksanaan tanpa menimbulkan kehancuran. Dengan demikian pada baja struktur dapat diberikan lenturan, diberikan beban kejut, geser, dan dilubangi tanpa memperlihatkan kerusakan. Kemampuan material untuk menyerap energi dalam jumlah yang cukup besar disebut toughness.

7)      Tambahan pada Struktur yang Telah Ada

Struktur baja sangat sesuai untuk penambahan struktur. Baik sebagian bentang baru maupun seluruh sayap dapat ditambahkan pada portal yang telah ada, bahkan jembatan baja seringkali diperlebar.

8)      Lain-lain

Kelebihan lain dari materia baja struktur adalah:

a.       Kemudahan penyambungan baik dengan baut, paku keling maupun las,

b.      Cpat dalam pemasangan,

c.       Dapat dibentuk menjadi profil yang diinginkan,

d.      Kemungkinan untuk penggunaan kembali setelah pembongkaran,

e.       Masih bernilai meskipun tidak digunakan kembali sebagai elemen struktur.

f.       Adaptif terhadap prefabrikasi

Kelemahan Baja sebagai Material Struktur 
        Secara umum baja mempunyai kekurangan seperti dijelaskan pada paragraf dibawah ini.

1.    Biaya Pemeliharaan
            Umumnya material baja sangat rentan terhadap korosi jika dibiarkan terjadi kontak dengan udara dan air sehingga perlu dicat secara periodik.

2.    Biaya Perlindungan Terhadap Kebakaran
            Meskipun baja tidak mudah terbakar tetapi kekuatannya menurun drastis jika terjadi kebakaran. Selain itu baja juga merupakan konduktor panas yang baik sehingga dapat menjadi pemicu kebakaran pada komponen lain. Akibatnya, portal dengan kemungkinan kebakaran tinggi perlu diberi pelindung. Ketahanan material baja terhadap api dipersyaratkan dalam Pasal 14 SNI 03-1729-2002.

3.    Rentan Terhadap Buckling
            Semakin langsung suatu elemen tekan, semakin besar pula bahaya terhadap buckling (tekuk). Sebagaimana telah disebutkan bahwa baja mempunyai kekuatan yang tinggi per satuan berat dan jika digunakan sebagai kolom seringkali tidak ekonomis karena banyak material yang perlu digunakan untuk memperkuat kolom terhadap buckling.

4.    Fatik
            Kekuatan baja akan menurun jika mendapat beban siklis. Dalam perancangan perlu dilakukan pengurangan kekuatan jika pada elemen struktur akan terjadi beban siklis.

5.    Keruntuhan Getas
            Pada kondisi tertentu baja akan kehilangan daktilitasnya dan keruntuhan getas dapat terjadi pada tempat dengan konsentrasi tegangan tinggi. Jenis beban fatik dan temperatur yang sangat rendah akan memperbesar kemungkinan keruntuhan getas (ini yang terjadi pada kapal Titanic).

E.     PERBEDAAN ASD DAN LRFD

Di dalam perencanaan struktur bangunan baja, terdapat tiga metode perencanaan yang berkembang secara bertahap di dalam sejarahnya (Bowles, 1979), yaitu :

      Perencanaan Tegangan Kerja / Allowable Stress Design (ASD)

Di dalam metode ini, elemen struktur pada bangunan (pelat/balok/kolom/pondasi) harus direncanakan sedemikian rupa sehingga tegangan yang timbul akibat beban kerja/layan tidak melampaui tegangan ijin yang telah ditetapkan.

σ_maks ≤  σ_ijin  .........................................            Persamaan 1

Tegangan ijin ini ditentukan oleh peraturan bangunan atau spesifikasi (seperti American Institute of Steel Construction (AISC) Spesification 1978) untuk mendapatkan faktor keamanan terhadap tercapainya tegangan batas, seperti tegangan leleh minimum atau tegangan tekuk (buckling). Tegangan yang dihitung akibat beban kerja/layan harus berada dalam batas elastis, yaitu tegangan sebanding dengan regangan seperti ditunjukkan pada grafik berwarna hijau pada kurva tegangan-regangan baja di bawah.

                        Gambar 1. Kurva tegangan-regangan baja

Pada kondisi beban kerja, tegangan yang terjadi dihitung dengan menganggap struktur bersifat elastis, dengan memenuhi syarat keamanan (kekuatan yang memadai) untuk struktur. Pada dasarnya, tegangan ijin pada baja sesuai kualitasnya yang diberikan dalam spesifikasi AISC ditentukan berdasarkan kekuatan yang bisa dicapai bila struktur dibebani lebih dari semestinya (faktor beban tambahan jagaan). Bila penampang bersifat daktail dan tekuk (buckling) tidak terjadi, regangan yang lebih besar daripada regangan saat leleh dapat diterima oleh penampang tersebut.

Pada metode tegangan kerja (ASD) ini, tegangan ijin disesuaikan ke atas bila kekuatan plastis merupakan keadaan batas yang sesungguhnya. Jika keadaan batas yang sesungguhnya adalah ketidak-stabilan tekuk (buckling) atau kelakuan lain yang mencegah pencapaian regangan leleh awal, maka tegangan ijin harus diturunkan. Syarat-syarat daya layan lainnya seperti lendutan biasanya diperiksa pada kondisi beban kerja.

      Perencanaan Faktor Daya Tahan dan Beban (LRFD)

Pendekatan umum berdasarkan faktor daya tahan dan beban, atau disebut dengan Load Resistance Design Factor (LRFD) ini adalah hasil penelitian dari Advisory Task Force yang dipimpin oleh T. V. Galambos. Pada metode ini diperhitungkan mengenai kekuatan nominal M_n penampang struktur yang dikalikan oleh faktor pengurangan kapasitas (under-capacity) ϕ, yaitu bilangan yang lebih kecil dar 1,0 untuk memperhitungkan ketidak-pastian dalam besarnya daya tahan (resistance uncertainties). Selain itu diperhitungkan juga faktor gaya dalam ultimit M_u dengan kelebihan beban (overload) γ (bilangan yang lebih besar dari 1,0) untuk menghitung ketidak-pastian dalam analisa struktur dalam menahan beban mati (dead load), beban hidup (live load), angin (wind), dan gempa (earthquake).

                                    M_u ≤ Ø.M_n  ..............................................   Persamaan 2 

Struktur dan batang struktural harus selalu direncanakan memikul beban yag lebih besar daripada yang diperkirakan dalam pemakaian normal. Kapasitas cadangan ini disediakan terutama untuk memperhitungkan kemungkinan beban yang berlebihan. Selain itu, kapasitas cadangan juga ditujukan untuk memperhitungkan kemungkinan pengurangan kekuatan penampang struktur. Penyimpangan pada dimensi penampang walaupun masih dalam batas toleransi bisa mengurangi kekuatan. Terkadang penampang baja mempunyai kekuatan leleh sedikit di bawah harga minimum yang ditetapkan, sehingga juga mengurangi kekuatan.

Kelebihan beban dapat diakibatkan oleh perubahan pemakaian dari yang direncanakan untuk struktur, penaksiran pengaruh beban yang terlalu rendah dengan pnyederhanaan perhitungan yang berlebihan, dan variasi dalam prosedur pemasangan. Biasanya perubahan pemakaian yang drastis tidak ditinjau secara eksplisit atau tidak dicakup oleh faktor keamanan, namun prosedur pemasangan yang diketahui menimbulkan kondisi tegangan tertentu harus diperhitungkan secara eksplisit.

BAB III

KESIMPULAN DAN SARAN

A.           KESIMPULAN

Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi.

Baja pada dasarnya adalah besi (Fe) dengan tambahan unsur karbon (C) sampai dengan 1,67 % (maksimal). Jenis-jenis baja dibagi menjadi beberapa macam, yaitu baja karbon, baja paduan dan baja tahan karat (Stainless Steel). Proses pembuatan baja terbagi menjadi tiga, yaitu : proses konvertor, proses terbuka (Open Hearth Furnace) dan proses dapur listrik (Electric Arc Furnace).

B.            SARAN

a.     Pemilihan metode pelaksanaan maupun penggunaan bahan dan peralatan berpedoman pada faktor kamudahan dalam pelaksanaan pekerjaan di lapangan, pengalaman tenaga kerja serta segi ekonomisnya. 

b.    Maraknya supplier atau produksi atap baja ringan nampaknya merupakan evolusi atau perubahan seiring berkembangnya teknologi pada saat ini dimana manusia berfikir untuk melakukan perubahan serta perkembangan untuk kemajuan teknologi tersebut dengan berbagai hal pertimbangan termasuk dampak lingkungan, efisiensi serta keuntungan yang diperoleh didalamnya.

c.     Perlu di perhatikan ketika menggunakan baja sebagai bahan struktur, pekerjaan baja harus di perhitungkan dengan matang, karena jika tidak kualitas baja menurun.

DAFTAR PUSTAKA

https://yefrichan.wordpress.com/2011/04/16/jenis-jenis-baja/

http://bestananda.blogspot.co.id/2013/09/kelebihan-dan-kekurangan-baja-sebagai.html

http://anwarpuady.blogspot.co.id/2014/10/v-behaviorurldefaultvmlo.html

http://satriopage.blogspot.com/2012/12/makalah-pembuatan-baja-konvertor.html