MAKALAH
BAJA PLASTIS
RIZKI ERNANDI F 111 14 073
FAKULT AKULTAS AS TEKNI T EKNIK K JURUSAN TEKNIK SIPIL (S-1) UNIVERSIT UNIVERSI TAS TADULAKO PALU – SULA SULAWESI WESI TENGAH T ENGAH 017
PENGERTIAN BAJA
Baja adalah bahan dasar vital untuk industri. Semua segmen kehidupan, mulai dari peralat peralatan an dapur dapur,, transp transportasi, ortasi, generator pembangkit pembangkit listrik listrik,, sampai keran ke rangk gkaa ge gedu dung ng da dan n je jemb mbat atan an me meng nggu guna naka kan n ba baja ja.. Ek Ekspl sploi oita tasi si be besi si ba baja ja menduduki peringkat pertama di antara barang tambang logam dan produknya melingkupi hampir 95 persen dari produk barang berbahan logam.
Belaka Bel akanga ngan n dun dunia ia per perind indust ustrian rian dig digemp empark arkan an ole oleh h kab kabar ar pen pening ingkata katan n performan (kekuatan dan umur) baja menjadi dua kali lipat. ntuk mendapatkan baja dengan kekuatan sama dengan yang konvensional, hanya perlu setengah dari bahan sebelumnya dengan ketebalan dan berat juga setengahnya. setengahnya. Baja super ini diperoleh dengan menghaluskan struktur mikronya menjadi seperl sep erlim imaa da dari ri ba baja ja se sebe belu lumn mnya ya ata atau u ba bahk hkan an le lebi bih h ke ke!il !il la lagi gi (d (dii ba ba"a "ah h # mikrom mik rometer eter). ). $ak $akaya ayama ma Ste Steel, el, seb sebuah uah per perusa usahaa haan n di %ep %epang ang,, tela telah h ber berhas hasil il memproduksi lembaran baja super dengan kekuatan tarik &'' a atau sekitar #,5 kali kekuatan tarik baja biasa. *enaikan performan baja diharapkan dapat mengurangi berat bahan sehingga meningkatkan efisiensi dan menghemat sumber daya alam. alam.
Baja adalah paduan logam yang tersusun dari besi sebagai unsur utama dan karbon sebagai unsur penguat. nsur karbon inilah yang banyak berperan dalam peningkatan performan. erlakuan panas dapat mengubah sifat baja dari lunak seperti ka"at menjadi keras seperti pisau. enyebabnya adalah perlakuan panas mengubah struktur mikro besi yang berubah+ubah dari susunan kristal berbentuk kubik berpusat ruang menjadi kubik berpusat sisi atau heksagonal. engan perubahan struktur kristal, besi adakalanya memiliki sifat magnetik dan adakalanya adakal anya tidak. Besi meman memang g bahan bersifa bersifatt unik, bijih besi berteba bertebaran ran hampir di selu seluruh ruh per permuk mukaan aan Bum Bumii dal dalam am ben bentuk tuk oks oksida ida bes besi. i. es eskip kipun un int intii Bum Bumii tersusun dari logam besi dan nikel, oksida besi yang ada di permukaan Bumi tidak berasal darinya, melainkan dari meteor yang jatuh ke Bumi. i -u -ust stral ralia, ia, Br Brasi asil, l, da dan n *a *ana nada da,, di ditem temuk ukan an bo bong ngka kaha han n bi bijih jih be besi si berketebalan beberapa puluh meter dan mengandung &5 persen besi. Besi adalah unsur yang sangat stabil dan merupakan unsur terbanyak ke delapan di %agat aya setelah silikon. silikon. ada lapisan kulit Bumi Bumi,, besi merupakan unsur logam terban terbanyak yak ketiga setelah silikon dan aluminium. /ampir lebih dari 0' abad lalu+5.''' tahun sebelu seb elum m ase asehi+ hi+dar darii pen pening inggal galan an di es esopo opotani tania, a, 1ran 1ran,, dan es esir ir dik diketa etahui hui bah"a manusia telah menguasai teknologi pembuatan peralatan dari besi baja untuk berburu. Suku Suk u /at /atti ti dan /it /ittite tite++ 2.5 2.5''+ ''+#.5 #.5'' '' tah tahun un sebe sebelum lum as asehi ehi+di +di dae daerah rah -natria dan -rmenia telah berhasil membuat pedang besi berukuran besar dan baju besi dengan proses semi+lebur. semi+lebur. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN BAJA
Kelebihan : #. *uat tarik tinggi. 2. 3idak dimakan rayap 4. /ampir tidak memiliki perbedaan nilai muai dan susut . ibanding Stainless Steel lebih murah 5. ibanding beton lebih lentur dan lebih ringan &. ibanding alumunium lebih kuat Kekurangan : #. Bisa isa ber berka kara rat. t. 2. 6ema 6emah h terh terhad adap ap gay gayaa teka tekan. n. 4. 3idak idak fleksi fleksibel bel seperti seperti kayu yang dapat dapat dipoto dipotong ng dan dibentuk dibentuk berbagai berbagai profile EE$7-$--$ 6-S31S
8
eren!anaan plastis adalah kasus khusus peren!anaan keadaan batas yang ter!antum pada bagian 2 dari spesifikasi -1S7. *elakuan inelastis (tak elastis) yang daktail bisa meningkatkan beban yang mampu dipikul bila dibanding dengan
beban yang bisa ditahan jika struktur tetap berada dalam keadaan elastis. Batas atas dari
kekuat kekuatan an momen momen yang yang disebu disebutt kekuat kekuatan an plastis plastis dipero diperoleh leh saat seluru seluruh h tinggi tinggi penampang meleleh.
i sini, keadaan batas untuk kekuatan harus berupa pen!apaian kekuatan plastis, dan keadaan batas berdasarkan ketidak+stabilan tekuk (buckling ), ), kelelah kelelahan an ( fatigue), fatigue), atau atau pata patah h geta getass (brittle brittle fracture fracture)) dikesampingk dikesampingkan. an. ada peren!anaan plastis, sifat daktail pada baja dimanfaatkan dalam peren!anaan struktur statis tak tentu, seperti balok menerus dan portal kaku. en!apaian kekuatan plastis di satu lokasi pada struktur statis tak tentu bukan berarti ter!apainya kekuatan maksimum untuk struktur. struktur. Setelah salah satu lokasi men!apai kekuatan plastis, beban tambahan tambahan dipikul dengan dengan proporsi proporsi yang berlainan di setiap bagian struktur hingga lokasi kekuatan plastis kedua ter!apai. ada ada saat struktu strukturr tidak tidak mempu mempunya nyaii kemamp kemampuan uan lebih lebih lanjut lanjut untuk untuk memiku memikull beban tambahan, struktur dikatakan telah men!apai mekanisme keruntuhan:. Setelah syarat kekuatan dipenuhi dengan peren!anaan plastis, syarat daya layan seperti lendutan pada kondisi beban kerja harus diperiksa. eren!anaan ;aktor aya 3ahan dan Beban (6;) endekatan umum berdasarkan faktor daya tahan dan beban, atau disebut dengan dengan Load Resistance Design Factor (6;) (6;) ini adalah hasil penelitian dari Advisory Task Force yang yang dipimp dipimpin in oleh oleh 3. <. =alamb =alambos. os. ada ada metode metode ini dipe diperh rhit itun ungk gkan an meng mengen enai ai keku kekuata atan n nomi nomina nall M n penampang struktur yang dikalikan oleh faktor pengurangan kapasitas (under-capacity ( under-capacity)) , yaitu bilangan yang lebih ke!il dar #,' untuk memperhitungkan ketidak+pastian dalam besarnya daya tahan (resistance (resistance uncertainties). uncertainties). Selain itu diperhitungkan juga faktor gaya dalam ultimit M ultimit M u dengan kelebihan beban (overload ( overload ) > (bilangan yang lebih besar dari #,') untuk menghitung ketidak+pastian dalam analisa struktur dalam menahan
beban mati (dead dead load load ), ) , beba beban n hidu hidup p ( live load load ), ) , angi angin n (!ind ), ) , dan dan gemp gempaa (earth"uake). earth"uake).
u ? @.n .............................................. Struktur dan batang struktural harus selalu diren!anakan memikul beban yag lebih besar daripada yang diperkirakan dalam pemakaian normal. *apasitas !adangan ini disediakan terutama untuk memperhitungkan kemungkinan beban yang yang berl berleb ebih ihan an..
Sela Selain in itu, itu, kapa kapasi sita tass
!ada !adang ngan an juga juga ditu dituju juka kan n
untu untuk k
memper memperhit hitung ungkan kan kemung kemungkin kinan an pengur pengurang angan an kekuat kekuatan an penamp penampang ang struktu strukturr. enyimpangan pada dimensi penampang "alaupun masih dalam batas toleransi bisa mengurangi kekuatan. 3erkadang 3erkadang penampang baja mempunyai kekuatan leleh sedikit sedikit di ba"ah harga minimum yang ditetapkan, ditetapkan, sehingga juga mengurangi mengurangi kekuatan. *elebihan beban dapat diakibatkan oleh perubahan pemakaian dari yang diren! diren!ana anakan kan untuk untuk struktu struktur, r, penaks penaksiran iran pengar pengaruh uh beban beban yang yang terlalu terlalu rendah rendah dengan pnyederhanaan perhitungan yang berlebihan, dan variasi dalam prosedur pemasangan. Biasanya perubahan pemakaian yang drastis tidak ditinjau se!ara eksplisit atau tidak di!akup oleh faktor keamanan, namun prosedur pemasangan yang diketahui diketahui menimbulka menimbulkan n kondisi kondisi tegangan tegangan tertentu tertentu harus diperhitun diperhitungkan gkan se!ara eksplisit.
KONSEP PEREN!ANAAN PLASTIS
ada ada umumny umumnyaa banyak banyak struktu struktur+ r+stru struktu kturr yang yang diren! diren!ana anakan kan dengan dengan metoda desain elastis. idalam perhitungannya beban kerja atau beban yang akan dipi dipiku kull oleh oleh struk struktu turr dan dan dime dimens nsii eleme elemen n struk struktu turr yang yang akan akan digu diguna naka kan n didasarkan pada tegangan ijin. 3egangan ijin ini merupakan bagian dari tegangan leleh. eskipun kata Ametoda Ametoda elastis lebih lebih sering digunakan digunakan untuk untuk menjelaskan menjelaskan metoda ini, tetapi sebenarnya lebih tepat apabila dikatakan sebagai desain yang berdasarkan beban kerja (allo!able-st allo!able-stress ress design atau desain desain berdas berdasark arkan an tegangan kerja). Banyak peraturan untuk metoda ini yang sebenarnya didasarkan pada perilaku kekuatan batas (ulti#ate (ulti#ate)) dan bukan perilaku elastis. aktilitas baja telah ditunjukkan dapat memberikan kekuatan !adangan dan merupakan dasar dari peren!anaan plastis. alam metoda ini beban kerja dihitu dihitung ng dan dikali dikalikan kan dengan dengan a!tor a!tor tertent tertentu u atau atau a!tor a!tor keaman keamanan, an, kemudi kemudian an elemen elemen strukt struktur ur diren! diren!ana anakan kan berdas berdasark arkan an kekuata kekuatan n runtuh runtuh.. $ama $ama lain dari dari
metoda metoda ini adalah adalah peren!a peren!anaa naan n batas batas (li#it design) design) atau peren! peren!ana anaan an runtuh runtuh (collapse design). design). esain plastis merupakan pengembangan yang diharapkan dapat menjadi pengganti desain elastis (konvensional). *arena dibandingkan dengan desain elastis, desain plastis lebih menguntungkan seperti yang diterapkan untuk struktur rangka rangka baja baja yang yang dibeba dibebani ni se!ara se!ara statis. statis. angka angka dengan dengan titik titik kumpul kumpul kaku kaku (terjepit), balok+balok menerus atau terjepit, dan balok penopang ( girder ( girder ), ), dan struktur+struktur statis tak tertentu pada umumnya ditekankan terutama ("alaupun tidak se!ara eksklusif) pada pengaruh lenturnya. /al ini tidak dianjurkan dianjurkan bah"a desain plastis plastis diterapkan diterapkan untuk balok dan girder girderss (balok (balok penopa penopang) ng) rangka rangka+ran +rangka gka baja baja statis statis tentu, tentu, atau untuk untuk batang batang++ batang struktur sederhana dengan perletakanCsambungan sendi. erbedaan se!ara signifikan antara struktur statis tertentu dan struktur tidak tertentu adalah sebagai berikut. Sebuah balok sederhana yang dibebani oleh beban+beban luar akan memil emilik ikii
satu satu titi titik k
diman imanaa
har harga
momen omen adal adalah ah maksi aksim mum. um.
enga engan n
meni mening ngka katn tnya ya beba beban, n, mome momen n maksim maksimum um ini ini juga juga akan akan meni mening ngka katt se!ar se!araa proporsional sampai tegangan pada serat ekstrim (serat tepi) sama dengan titik leleh leleh baja. baja. %ika %ika beban beban diting ditingkat katkan kan lebih lebih besar besar,, maka maka bahan bahan akan akan mengal mengalami ami perubahan bentuk lebih !epat karena sifat daktilitas baja, dan lendutan akan meningkat pada tingkat yang lebih besar. eskipun struktur mengalami sedikit peningkatan dalam beban di atas batas elastis, namun peningkatan ini akan diserta disertaii pening peningkat katan an deflek defleksi si (lendut (lendutan) an) se!ara se!ara !epat. !epat. Dleh Dleh karena karena itu !ukup !ukup beralasan untuk mempertimbangkan beban yang menyebabkan pelelehan pertama
pada struktur (baja) sebagai s ebagai beban kritis pada struktur balok sederhana, !adangan kekuat kekuatan an yang yang ke!il ke!il pada pada keadaan keadaan plastis plastis merupa merupakan kan batas batas kekuat kekuatan an sebaga sebagaii tambahan keamanan. Sebuah Sebuah struktur struktur balok menerus atau rangka rangka kaku mempunyai mempunyai berperilaku berperilaku !ukup berbeda. iagram momen untuk balok sederhana terdapat satu maksimum atau titik pun!ak, sedangkan sebuah struktur tidak tertentu mempunyai dua atau lebih titik momen maksimum. Sebagai lokasi dimana beban bekerja pada struktur, potongan melintang penampang pada lokasi tersebut memikul momen terbesar yang akan men!apai titik leleh. Sebagai titik dimana pembebanan mengalami penambahan, sebuah ona pelelehan berkembang di titik tersebut, tapi di tempat lain struktur masih dalam kondisi kondisi elastis dan kondisi ini dapat berfungsi berfungsi untuk mengontrol mengontrol defleksi total. *arena adanya sifat daktilitas dari baja maka besarnya momen ini konstan pada ona ona pertama pertama peleha pelehan, n, dan selanj selanjutn utnya ya struktu strukturr akan akan melimp melimpahk ahkann annya ya pada pada bagian yang belum kengalami pelelehan untuk memikul setiap se tiap peningkatan beban lebih lanjut. -khirnya, ona pelelehan terbentuk pada titik lainnya pada momen maksimum, dan dengan berkembangnya ona yang mengalami pelelehan, maka ketika jumlah ona yang mengalami pelelehan sudah men!ukupi men!ukupi , maka struktur struktur akan mengalami keruntuhan. P"#$%&'&%& P"#$%&'&%& D"*%& P+%*,* '"&%& D"*%& E+%*,*
erbedaan perilaku yang baru saja dijelaskan. Struktur balok sederhana yang ditunjukkan dalam gambar (a) memiliki satu titik momen maksimum, dan dengan dengan demiki demikian an ini adalah adalah (beban (beban)) yang yang benar benar atau beban batas (u) (u) yang yang merupakan beban dengan kapasitas yang besarnya sedikit di atas beban leleh, y, seperti yang ditunjukkan oleh kurva beban+lendutan yang sesuai. ada gambar yang lain, untuk balok dengan tumpuan jepit+jepit, seperti yang ditunjukkan dalam gambar gambar (b) terdapat tiga pun!ak dalam diagram momen, yaitu dua buah di ujung ujung yang besarnya besarnya sama dan satu buah di tengah. tengah. *urva beban+lendu beban+lendutan tan yang sesuai ditunjukkan oleh garis penuh yang menunjukkan keruntuhan yang tidak sesuai untuk pen!apaian pelelehan dari batas elastis pada ujungnya. 3etapi sebaliknya, ada sebuah !adangan !adangan yang dapat dipertimbangka dipertimbangkan n dari kapasitas untuk memikul memikul beban yang melebihi beban leleh y. y. Beban keruntuhan (atau batas:) u yang tidak tidak men!ap men!apai ai sampai sampai ona+ ona+ona ona leleh leleh telah telah berkem berkemban bang g tidak tidak hanya hanya pada pada ujungn ujungnya, ya, tetapi tetapi juga juga di pusat. pusat. engan engan desain desain plastis plastis ini besarny besarnyaa !adang !adangan an kekuatan yang melampaui batas elastis dapat dimanfaatkan. Dleh karena itu esensi
dari desain plastis adalah untuk mengaitkan beban yang aman atau beban kerja yang men!apai hingga beban batas ( ulti#ate).ua ulti#ate).ua hal yang perlu ditambahkan dalam rangka untuk memenuhi persyaratan. #. argin argin keamanan, keamanan, yang diusulk diusulkan an untuk untuk desain plastis plastis adalah kekuata kekuatan n yang besarnya tidak kurang dari pada yang diberikan untuk menahan keruntuhan balok tumpuan sederhana, sesuai dengan yang biasa biasa digunakan. 2. eng engur uran anga gan n ukur ukuran an eleme elemen n stru strukt ktur ur dimu dimung ngki kink nkan an untu untuk k desai desain n plast plastis is sepan sepanjan jang g
tida tidak k
meny menyeba ebabk bkan an
peru peruba baha han n
melampaui batas+batas yang telah ditentukan.
bent bentuk uk
struk struktu turr
(len (lendu dutan tan))
7D$3D/ SD-6 #. /itung /itunglah lah besarnya besarnya beban beban layan layan maksim maksimum, um, , , yang yang menimb menimbulk ulkan an geser geser eksentris padasambungan dalam =ambar #. Beban terdiri dari 25F beban mati dan 05F beban hidup. Bautyang digunakan adalah -425 berdiameter 0GHI dengan ulir di luar bidang geser. -sumsikan pelat !ukup kuat menahan beban tersebut (B% 40). a. =una =unaka kan n meto metode de elas elasti tiss b. =unakan metode plastis
=ambar # 2. /itunglah /itunglah besarnya besarnya beban beban layan, layan, , , yang terdiri terdiri dari dari 2'F beban beban mati dan dan H'F beban beban hidup hidup pada pada sambun sambungan gan yang yang terliha terlihatt dalam dalam =ambar =ambar .&.0, .&.0, gunakan baut -425 berdiameter 0CH: dengan ulir di dalam bidang geser. utu baja B% 40.
$A%A&A' #. eny enyel elesa esaian ian J (E (E3 3DE DE E6-S31S) u K #,2 #,2 . (', (',25 25)) . L #,& #,& . (',0 (',05) 5) . K #,5 ton K u ( &' L #5' ) #,5 (2#') 4#5 ton.meter
