Praktikal Konstruksi Baja
1. PENDAHULUAN 1.1
Baja dalam kehidupan seharihari Baja dapat dikatakan sebagai bahan dasar vital untuk industri. Semua segmen kehidupan, mulai dari peralatan dapur, transportasi, generator pembangkit listrik, sampai kerangka gedung dan jembatan menggunakan baja. Dalam kehidupan sehari-hari, biasanya keberadaan baja diabaikan karena umumnya produk baja tersebut dilapisi oleh bahan lain.
Pada kenyataannya, setiap manusia dalam kehidupannya banyak bersentuhan dengan produk yang berasal dari baja. Seorang anak ketika bangun tidur meminum susu, karena susu dipercaya memiliki kandungan gizi yang baik untuk masa pertumbuhan. Tahukah Anda bahwa kaleng wadah susu tersebut bahan bakunya adalah baja ? Begitu pula dengan berbagai jenis kaleng makanan dan kaleng minuman yang tentunya sudah akrab dengan kehidup an kita sehari-hari. Agar praktis kita sering memasak dan mengkonsumsi makanan kaleng. Sementara itu, dihari yang
panas atau setelah lelah berolahraga acap kali kita langsung menenggak minuman dalam kaleng. Wadah makanan dan minuman yang berupa kaleng tersebut berbahan baku baja, dalam hal ini baja lembaran dingin yang khusus diproduksi untuk industri pelat timah.
Pelat timah banyak digunakan untuk kaleng makanan dan minuman, kaleng cat, dan chemical containers yang memerlukan ketahanan yang tinggi terhadap korosi, weldability dan workability yang tinggi, dan kekuatan yang cukup untuk menampung isi dari kaleng tersebut. Seorang ibu yang akan menyiapkan masakan bagi keluarganya juga banyak menggunakan produk baja. Peralatan memasak yang digunakannya seperti panci, oven, merupakan produk akhir yang berbahan baku baja. Begitu pula dengan tabung gas untuk menyalakan kompornya. Mengendarai mobil atau motor, melaju di jalan tol, bersepeda untuk menjaga kebugaran tubuh, berkantor di gedung tinggi, bermain ayunan di taman bermain, dan masih banyak
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
1
Praktikal Konstruksi Baja lagi, tanpa kita sadari semuanya bersentuhan dengan baja. Baja untuk aplikasi otomotif yang digunakan dalam pembuatan rangka kendaraan bermotor (chassis dan cross-members), wheel discs and rims, rear axles, tangki bahan bakar, filter oli, dan lain-lain, baja untuk aplikasi konstruksi, baja untuk aplikasi enamel yang digunakan untuk peralatan dapur, alat memasak, dan lain-lain. Bahkan ketika tidur pun kita bersentuhan dengan baja. Pegas pada spring bed yang kita gunakan merupakan salah satu aplikasi dari baja batang kawat. Aplikasi lainnya adalah jari-jari roda sepeda, rangka payung, kawat, paku, mur, baut, dan lain-lain. Sedemikian dekatnya kehidupan manusia dengan baja. Baja telah menyatu dalam kehidupan manusia dan menjadi penopang seluruh aktivitas dalam proses produksi sehingga tidak dapat dipisahkan dari masyarakat industri.
Bangunan apa yang tidak menggunakan baja dewasa ini? Hampir tidak ada. Bangunan rumah, jembatan, jalan layang, apa-lagi gedung bertingkat dapat
2
dipastikan menggunakan baja. Lihat saja penggunaan paku yang menancap di kayu atau dinding bangunan. Atau penggunaan baja untuk rangka atap, struktur bangunan pabrik, pagar, sampai tulangan yang tersembunyi dalam struktur atau balok beton, semua menggunakan bahan baja.
1.2 Sifat-sifat logam Tidak ada definisi yang sederhana untuk menggambarkan pengertian dari logam. Tetapi yang jelas jika suatu unsur kimia memiliki sifat-sifat logam, maka dapat dikelompokkan sebagai sebuah logam. Sifat-sifat logam dapat didefini sikan sebagai sebuah zat yang memiliki ciri seperti; berkilap, mampu menghantarkan panas dan listrik dengan baik, serta mempunyai kemampuan mempertahankan bentuk nya dalam keadaan suhu kamar. Unsur-unsur kimia yang tidak memiliki sifat-sifat tersebut dikelompokkan sebagai materi nonlogam. Terdapat beberapa unsur yang dapat dikelompokkan sebagai metaloid, (unsur non logam yang memiliki beberapa sifat logam) kadang-kadang mempunyai sifat seperti logam,
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
Praktikal Konstruksi Baja tetapi dilain waktu sepeti nonmetal. Contohnya adalah karbon (C), fosfor (P), silikon (Si), dan belerang (S). Meskipun para pekerja baja jarang mengerjakan benda kerja yang terbuat dari logam murni, tetapi keharusan memiliki pengetahuan tentang sifat-sifat logam murni menjadi sangat penting, karena logam paduan yang biasa dikerjakan selama ini merupakan kombinasi-kombinasi campuran dari logam murni.
Dengan mengkombinasikan logam dan metaloid, industri logam dapat mengembangkan sebuah jenis logam paduan yang memiliki sifat-sifat yang khusus sesuai dengan kebutuhan.
Gambar 1.2 pemeriksaan kabel pengangkut baja Gambar 1.1 bangunan konstruksi baja Beberapa logam murni yang akan dibicarakan dalam bab ini adalah logam-logam dasar dalam paduan logam. Logam-logam dasar tersebut adalah besi, aluminium, magnesium, serta logam lain yang jumlahnya tidak besar, tetapi mempunyai pengaruh yang penting. Diantara logam-logam tersebut adalah kromium (Cr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), dan mangan (Mn). Sebuah “paduan” didefinisikan sebagai sebuah zat yang memiliki sifat-sifat logam yang terdiri dari dua atau lebih unsur-unsur. Unsur-unsur yang biasa digunakan sebagai bahan paduan adalah logam dan metaloid.
Tabel 1.1 Daftar berbagai unsur dan simbol kimianya yang paduannya dapat menjadi bahan logam. Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa seorang pekerja baja sangat jarang bekerja dengan menggunakan unsur-unsur logam dalam bentuk aslinya, artinya bahwa bahan logam yang dikerjakan kebanyakan akan dalam bentuk logam paduan. Dan seorang pekerja baja harus memahami karakteristik-karakteristik bahan logam paduan tersebut. Karakteristik-karakteristik suatu unsur dan logam paduan dapat dijelaskan dalam kaitannya dengan karakteristik fisik, kimia, kelistrikan, dan sifat-sifat mekanisnya.
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
3
Praktikal Konstruksi Baja Karakteristik fisik berkaitan dengan warna, masa jenis, berat, dan sifat pengantar panas. Karakteristik kimia terkait dengan prilaku logam bila kontak dengan udara, air garam atau zat-zat lainnya. Untuk kelistrikan akan meliputi kemampuan menghantarkan listrik, tahanan listrik dan kualitas daya magnit logam. Sedangkan sifat mekanis logam akan terkait dengan kemampuan menahan beban, ketahanan dalam penggunaan, kekerasan dan elastisitas.
Gambar 1.3 proses pendirian bangunan baja Pada pekerjaan dibidang baja, karakteristik yang utama diperhatikan adalah terkait dengan sifat-sifat mekanis logam. Berbagai sifat-sifat mekanis logam maupun paduannya ditetapkan dari hasil penelitian di laboratorium serta berbagai kelompok profesional yang tertarik dengan pengem bangan bidang metalurgi. 1.3 Sifat-sifat mekanis logam Ketahanan (strength), kekerasan (hardness), kekenyalan (toughness) elastisitas (elasticity), plastis (plasticity), kera puhan (brittleness), keliatan (ductility), mampu ditempa (ma-
4
lleability) adalah sifat-sifat mekanis yang dipakai untuk mengukur bagaimana logam bereaksi terhadap sebuah beban yang bekerja. Sifat-sifat ini digambarkan terkait dengan jenis-jenis gaya atau tegangan yang terjadi, dimana logam tersebut harus bertahan dan bagaimana reaksi bahan ini melawan pengaruh luar tersebut. Jenis-jenis tegangan yang umum terjadi adalah tegangan akibat gaya tekan, tarik, geser, puntir, tekuk maupun tegangan akibat gabungan dari beberapa gaya .
Tabel 1.1 Simbol logam dasar Tegangan tekan (compression stress) terjadi di dalam suatu bahan apabila gaya menekan bahan tersebut. Sebagai contoh, sebuah kolom yang memikul balok melintang akan menerima beban tekanan dan tegangan yang terjadi dalam kolom sendiri adalah tegangan tekan.
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
Praktikal Konstruksi Baja
Gambar 1.4 Tegangan yang terjadi pada bahan Tegangan tarik ( tensile stress) terjadi apabila sebuah bahan menerima beban tarik. Sebagai contoh, menggunakan tali kawat untuk mengangkat beban atau menggunakannya untuk tali pengikat tiang antena. Kekuatan tarik didefinisikan sebagai daya tahan bahan terhadap tegangan membujur atau tarik. Tegangan geser (shear stress), terjadi di dalam suatu bahan apabila gayagaya luar terjadi sepanjang garis sejajar dalam arah berlawanan. Gaya-gaya geser dapat memisahkan bahan menjadi dua atau lebih dengan arah pemisahan yang berbeda. Beberapa bahan logam memiliki kekuatan yang relatif sama untuk pengaruh gaya tekan, tarik maupun geser. Sementara banyak bahan yang lain memperlihatkan hal yang berbeda. Sebagai contoh, bahan beton mempunyai kekuatan maksimum 2000 psi dalam menerima tekanan, sementara untuk tarik hanya 400 psi. Sementara baja karbon (carbon steel) mempunyai kekuatan maksimum sampai 56000 psi untuk menerima gaya tekan dan tarik, tetapi untuk kekuatan maksimum gesernya hanya 42000 psi.
Oleh karena itu apabila berbicara tentang kekuatan maksi mum suatu bahan, maka harus disebutkan untuk jenis beban apa? (tekan, tarik maupun geser).
Gambar 1.5a pondasi kolom Sebuah bahan (logam) apabila menerima beban secara berulang-ulang pada area yang sama, biasanya akan mengalami penurunan kekuatan bila dibandingkan dengan kekuatan maksimumnya sendiri (tekan, tarik dan geser). Sebagai contoh, sebuah batang baja kecil yang dapat dipatahkan oleh tangan dengan cara membengkokkan berulangkali secara berlawanan arah pada tempat yang sama, tetapi sebaliknya apabila gerakan yang dilakukan bersifar tetap
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
5
Praktikal Konstruksi Baja (gerakkannya tidak “bolak-balik”) maka batang baja tersebut tidak akan patah. Kecenderungan sebuah bahan menjadi patah/putus, akibat bengkok kan yang berulang-ulang pada titik yang sama, dikenal dengan istilah kelelahan (fatigue). 1.3.1
Kekuatan (strength) Kekuatan adalah sifat bahan logam untuk bertahan terhadap terjadinya perubahan bentuk (deformation) akibat beban yang bekerja. Beberapa pengertian terkait dengan pengertian kekuatan suatu bahan logam antara lain: Kekuatan tertinggi logam (ultimate strength) adalah batas regangan maksimum suatu bahan logam akibat beban tarik. Kekuatan tarik (tensile strength) adalah ukuran untuk suatu kemampuan bahan untuk menahan /daya tahan terhadap beban tarik.
Gambar 1.5b proses pengangkatan baja Sedangkan kuat lelah (fatigue strength) adalah ke mampuan bahan untuk berta han terhadap berbagai peru bahan beban yang cepat terjadi.
6
Kekuatan tekuk (impact strength) adalah kemampuan sebuah logam untuk bereaksi terhadap beban yang bekerja secara tiba-tiba 1.3.2
Kekerasan (hardness) Kekerasan logam adalah sifat logam untuk tetap teguh /keras dan bereaksi/melawan terhadap tekanan yang bekerja, tidak mudah tergores. Terdapat beberapa metode untuk mengukur kekerasan seperti Rockwell, Vickers, mau pun Brinell. Dari ketiga metode tersebut, metode Rockwell yang paling sering digunakan untuk mengukur kekerasan logam. Prinsip dasar metode Rockwell adalah bahwa bahan yang lebih keras akan dapat menekan logam yang lebih lunak. Pengukuran kekerasan dilakukan dengan mengukur sejumlah hasil penekanan dan membanding kannya dengan skala tertentu. Untuk logam besi yang lebih keras dari logam nonfero, pengukurannya dilakukan dengan mengguna kan mata intan dan kekerasannya ditunjukkan dengan angka rockwell “C”. Sedangkan untuk logam yang lebih lunak seperti logam nonfero, pengukuran kekerasannya dilakukan dengan menggunakan bola logam, dan kekerasannya ditunjukkan dengan angka rockwell “B”. Untuk dapat lebih memahami pengertian kekerasan logam, bandingkan timah hitam dengan baja. Timah hitam dapat digores hanya dengan menggunakan batang kayu yang runcing, sementara baja tidak, karena baja lebih keras dari timah hitam. 1.3.3. Kekenyalan (toughness)
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
Praktikal Konstruksi Baja Kekenyalan adalah sifat logam untuk dapat bertahan terhadap kejutan dan dapat berubah bentuk tanpa pecah. Sifat kekenyalan merupakan kombinasi kekuatan dan sifat plastis. 1.3.4
Elastisitas (elasticity) Ketika sebuah bahan menerima beban, beban tersebut akan menyebabkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi). Elastisitas sendiri adalah kemampuan sebuah bahan untuk kembali kebentuknya semula setelah beban yang bekerja menghilang/ berpindah. 1.3.5 Keliatan/keplastisan (plasticity) Keplastisan adalah kemampuan sebuah bahan untuk berubah bentuk tanpa patah, pecah maupun putus. Sifat ini berlawanan dengan sifat kekuatan bahan (strength). Dengan proses pembuatan logam paduan (baja) yang cermat, kombinasi sifat plastis dan kekuatan logam digunakan untuk membuat komponen-komponen struktur bangunan baja. Sebagai contoh, apabila komponen suatu struktur jembatan menerima beban melebihi kapasitasnya, sifat plastis dari bahan struktur akan dapat menyalurkan beban berlebih tersebut kebagian/ komponen struktur jembatan lainnya. 1.3.6 Kerapuhan (brittleness) Kerapuhan merupakan sifat bahan yang berlawanan dengan sifat keplastisan. Sebuah bahan yang mempunyai sifat rapuh, terlebih dahulu akan patah ataupun hancur sebelum bahan ini berubah bentuk. Besi tuang dan bahan yang terbuat
dari kaca adalah contoh yang baik dari bahan yang memiliki sifat rapuh. Secara umum logam yang memiliki sifat rapuh mempunyai kuat tekan yang besar, tetapi kekuatan tariknya lemah. Dan bahan jenis ini tentunya tidak mungkin digunakan untuk balok-balok struktur jembatan, tetapi mungkin untuk aplikasi yang lainnya. 1.3.7
Keliatan dan sifat dapat ditempa (Ductility and Malleability) Keliatan adalah suatu sifat bahan yang mampu menerima beban tarik, tekuk maupun puntir tanpa terjadi keretakan ataupun patah. Bahan yang mempunyai sifat ini memungkinkan untuk dibuat/diproses menjadi kawat-kawat dengan diameter kecil. Sedangkan yang dimaksud dengan sifat bahan dapat ditempa
Gambar 1.6 proses memilah-milah baja adalah kemampuan bahan untuk berubah bentuk akibat gaya tekan tanpa terjadi kerusakan. Bahan yang memiliki sifat ini dapat dimanfaatkan untuk ditempa maupun dibentuk menjadi lembaran-lembaran tipis.
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
7
Praktikal Konstruksi Baja
Tabel 1.2 Sifat mekanis dari logam / campurannya Gambar 1.7 tahapan pemasangan baja 1.3.8 Ketahanan Terhadap Karat Walaupun bukan merupakan sifat mekanis logam, tetapi pembahasan tentang sifat ketahanan logam terhadap karat menjadi penting karena kekuatan struktur akan berkurang kalau sifat ini tidak diperhatikan. Ketahanan terhadap karat adalah sifat bahan logam yang dapat menahan pengaruh negatif dari udara, bahan kimia atau kondisi kimia elektro. Proses terjadinya karat biasa juga disebut Oksidasi, seperti terjadinya proses karat pada logam besi. Tabel 1.2 menunjukkan empat sifat mekanik dan ketahanan karat dari berbagai logam atau campurannya. Logam pertama atau campurannya pada setiap kolom menunjukkan karateristik terbaik dari logam tersebut, sedangkan daftar terakhir logam atau campuranya pada setiap kolom menunjukkan lemahnya logam tersebut. Pada label kolom tertulis Kekerasan (toughness), artinya besi tidaklah sekeras tembaga
8
atau nikel; tetapi besi lebih keras diban-dingkan magnesium, zinc, dan aluminium. Pada label kolom “keliatan” (ductility), besi menunjukkan jumlah yang rasional dari keliatan; tetapi pada label kolom mudah ditempa (malleability) dan kerapuhan (brittleness) yang terakhir. Jenis-jenis logam Logam-logam yang dikerjakan oleh pekerja baja dibagi menjadi menjadi dua kelompok; Ferrous dan nonferrous. Logam ferros adalah yang terdiri dari besi dan campuran besi. Sedangkan nonferrous adalah logam yang unsur utamanya berupa unsur bukan besi. Logam nonferrous kadang-kadang berisi sedikit jumlah besi. logam-logam ferrous mencakup seluruh bentuk dari besi dan campuran baja. Contohnya adalah besi kasar, besi tuang, baja karbon, campuran baja dan baja peralatan. Logam ferrous terdiri dari campuran dasar besi dengan persentase sedikit karbon dan penambahan unsur lain untuk mencapai sifat yang diinginkan. Secara umum, logam ferrous bersifat magnetic dan non ferrous bersifat non magnectic.
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
Praktikal Konstruksi Baja
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
9