BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Baja adalah logam paduan dengan besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja berkisar sekitar antara 0,2% sampai 2,1% berat sesuai grade-nya. grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (christal lattice) atom besi. Unsur paduan lain yang bisa ditambahkan adalah mangan (manganese), (manganese), krom (chromium), (chromium), vanadium dan tungsten. Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan yang lain, berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Penambahan kandungan karbon dalam baja bisa meningkatkan kekerasan (hardness) dan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), strength), namun di sisi lain bisa membuatnya getas (brittle) serta (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility). (ductility).
1.2
Rumusan Masalah
a)
Menganalisa sejarah perkembangan struktur baja.
b)
Menganalisa perilaku mekanik suatu bahan konstrusi terutama baja.
c)
Menganalisa sifat material baja.
d)
Menganalisa struktur-struktur baja, desain struktur baja, prinsip-prinsip desain struktur baja, dan prosedur-prosedur desain struktur baja.
1.3
Tujuan Masalah
a)
Mengetahui sejarah perkembangan struktur baja.
b)
Mengetahui perilaku mekanik suatu bahan konstrusi terutama baja.
c)
Mengetahui sifat material baja.
d)
Mengetahui struktur-struktur baja, desain struktur baja, prinsip-prinsip desain struktur baja, dan prosedur-prosedur desain struktur baja.
1
BAB 2 PEMBAHASAN
2.1
Sejarah Struktur Baja
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. Dalam kurun waktu 1780 - 1820, dibangun lagi sejumlah jembatan dari besi tuang, kebanyakan berbentuk lengkungan dengan balok-balok utama dari potongan-potongan besi tuang individual yang membentuk batang-batang atau kerangka (truss) konstruksi. Besi tuang juga digunakan sebagai rantai penghubung pada jembatan-jembatan suspensi sampai sekitar tahun 1840. Setelah tahun 1840, besi tempa mulai mengganti besi tuang dengan contoh pertamanya yang penting adalah Brittania Bridge di atas selat Menai di Wales yang dibangun pada 1846 - 1850. Jembatan ini menggunakan gelagar-gelagar yang membentang sepanjang 230 – 460 – 460 – 230 ft (70 – 140 – 140 – 70 m) dari pelat dan profil siku besi tempa. Proses canai (rolling) dari berbagai profil mulai berkembang pada saat besi tuang dan besi tempa telah semakin banyak digunakan. Batang-batang mulai dicanai pada skala industrial sekitar tahun 1780. Perencanaan rel dimulai sekitar 1820 dan diperluas sampai pada bentuk I menjelang tahun 1870-an. Perkembangan proses Bessemer (1855) dan pengenalan alur dasar pada konverter Bessemer (1870) serta tungku Siemens-Martin semakin memperluas penggunaan produk-produk besi sebagai bahan bangunan. Sejak tahun 1890, baja telah mengganti kedudukan besi tempa sebagai bahan bangunan logam yang terutama. Dimulai dari tahun 1990-an, baja telah memiliki tegangan leleh dari 24 sampai dengan 100 kilopounds per square inch (165 sampai 690 MPa), dan telah tersedia untuk berbagai keperluan struktural.
2
Berikut ini adalah awal mula ditemukannya Baja:
Besi ditemukan dan digunakan pertama kali pada tahun 1500 SM.
Tahun 1100 SM, Bangsa Hitties yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400 tahun dikuasai oleh bangsa asia barat, pada tahun tersebut proses peleburan besi mulai diketahui secara luas.
Tahun 1000 SM, Bangsa Yunani, Mesir, Jews, Roma, Carhaginians dan Asiria
juga
mempelajari
peleburan
dan
menggunakan
besi
dalam
kehidupannya.
Tahun 800 SM, India berhasil membuat besi setelah di invansi oleh bangsa Arya.
Tahun 700 - 600 SM, Cina belajar membuat besi.
Tahun 400 - 500 SM, baja sudah ditemukan penggunaannya di Eropa.
Tahun 250 SM, Bangsa India menemukan cara membuat baja.
Tahun 1000 M, baja dengan campuran unsur lain ditemukan pertama kali pada kekaisaran Fatim yang disebut dengan baja Damaskus.
Tahun 1300 M, rahasia pembuatan baja Damaskus hilang.
Tahun 1700 M, baja kembali diteliti penggunaan dan pembuatannya di Eropa.
2.2
Perilaku Mekanik Material Baja
Kriteria perencanaan struktur adalah memenuhi syarat kekuatan (tegangan), kekakuan (deformasi) dan daktilitas (perilaku runtuh). Kekuatan dikaitkan dengan
besarnya tegangan yang mampu dipikul tanpa rusak, baik berupa deformasi besar ( yielding ) atau fracture (terpisah). Parameternya berupa tegangan leleh dan ultimate. Faktor kekakuan adalah besarnya gaya untuk menghasilkan satu unit deformasi, parameternya berupa Modulus Elastisitas. Faktor daktilitas terkait dengan besarnya deformasi sebelum keruntuhan ( failure) terjadi, suatu faktor penting untuk perencanaan struktur dengan pembebanan tak terduga atau sukar diprediksi (gempa atau angin). Properti mekanik beberapa macam bahan material konstruksi dapat dilihat pada Tabel 1 dan Gambar 1.
3
Jadi jika parameter kekuatan, kekakuan dan daktilitas digunakan untuk pemilihan material konstruksi maka dapat dengan mudah ditentukan bahwa material baja adalah yang unggul dibandingkan beton dan kayu. Rasio kuat dibanding berat untuk volume yang sama dari baja ternyata lebih tinggi (efisien) dibanding beton. Ini indikasi jika perencanaannya optimal maka bangunan dengan konstruksi baja tentunya akan menghasilkan sistem pondasi yang lebih ringan dibanding konstruksi beton, meskipun masih kalah dibanding kayu atau bambu. Dikaitkan efisiensi antara material baja dengan kayu atau bambu, maka baja hanya unggul karena kualitas mutu bahannya yang lebih homogen dan konsisten sehingga lebih handal. Itu tidak mengherankan karena material baja adalah produk industri yang dapat terkontrol baik. Jadi, jika material kayu/bambu di Indonesia suatu saat juga didukung teknologi yang dapat menjamin kualitas mutunya homogen dan konsisten maka tentu akan menjadi bahan material konstruksi yang handal juga, khususnya untuk struktur ringan dan semacamnya. Bangunan yang ringan selain menghemat pondasi, juga menguntungkan untuk perencanaan bangunan tahan gempa. Seperti diketahui bahwa gaya gempa pada bangunan ditentukan oleh percepatan tanah ( a) dan juga massa bangunan ( m), yang mana besarnya berbanding lurus, yaitu F = m . a. Jadi bangunan dengan massa kecil maka gaya gempanya juga kecil.
4
Meskipun baja mempunyai keunggulan terhadap gempa karena sifatnya yang ringan, tetapi kondisi tersebut tidak menguntungkan terhadap pembebanan angin. Tetapi karena sifat baja yang mempunyai kekuatan tinggi dan daktail, juga didukung proses perencanaan yang baik maka kelemahan terhadap angin mestinya dapat dengan mudah diatasi.
2.3
Sifat Material Baja
2.3.1
Umum
Material baja unggul jika ditinjau dari segi kekuatan, kekakuan dan daktilitasnya. Jadi tidak mengherankan jika di setiap proyek-proyek konstruksi bangunan (jembatan atau gedung) baja selalu ditemukan, meskipun tentu saja volume-nya tidak harus mendominasi. Tinjauan dari segi kekuatan, kekakuan dan daktilitas sangat cocok dipakai mengevaluasi struktur yang diberi pembebanan. Tetapi perlu diingat bahwa selain kondisi tadi akan ada pengaruh lingkungan yang mempengaruhi kelangsungan hidup struktur bangunannya. Jadi pada suatu kondisi tertentu, suatu bangunan bahkan dapat mengalami kerusakan meskipun tanpa diberikan beban sekalipun (belum berfungsi). Jadi ketahanan bahan material konstruksi terhadap lingkungan sekitarnya adalah penting untuk diketahui agar dapat diantisipasi baik.
5
2.3.2
Material buatan pabrik
Kelebihan material baja dibandingkan material beton atau kayu adalah karena buatan pabrik, yang tentunya mempunyai kontrol mutu yang baik. Oleh karena itu dapat dipahami bahwa kualitas material baja yang dihasilkannya relatif homogen dan konsisten dibanding material lain, yang berarti juga lebih dapat diandalkan mutunya.
Di sisi lain karena merupakan hasil produk industri, maka agar prosesnya menguntungkan harus diusahakan mencapai kondisi optimum. Untuk itu diperlukan suatu kuantitas tertentu yang terkesan relatif monoton serta tidak mudah dibuat variasinya. Itulah pentingnya dibuat standarisasi bentuk profil. Dari tabel profil baja yang ada terlihat banyak sekali profil yang tersedia, tetapi dalam kenyataannya jika peminatnya relatif sedikit maka profil yang jarang dipakai tentunya tidak diproduksi banyak. Jadi akhirnya tidak semua profil pada tabel dapat dipilih. Hanya profil-profil tertentu yang memang umum (banyak) digunakan. Hal ini perlu diketahui insinyur perencana konstruksi baja, jangan hanya berpedoman teoritis hitungan, karena kalau sampai mengubah profil rencana dengan profil tersedia, kemungkinan berubah pula detail sambungan yang dibuat. Jika ini tidak dipikirkan waktu dapat terbuang sia-sia.
6
Tidak ada jaminan bahwa lokasi pabrik baja akan berdekatan dengan proyek atau bengkel fabrikasi, sehingga panjang profil baja ditentukan oleh kemampuan kendaraan transportasi pengangkut (truk atau kapal) dan jalur transportasi (darat atau air) yang akan dilaluinya. 2.3.3
Ketahanan korosi
Baja unggul ditinjau dari segi kemampuannya menerima beban, tetapi ketika dibiarkan tanpa perawatan khusus di lingkungan terbuka, terlihat lemahnya. Baja yang unsur utamanya besi mengalami korosi, yaitu suatu proses elektrokimia. Jika itu terjadi, maka pada bagian besi yang bertindak sebagai anoda akan terjadi oksidasi yang merusak dan menghasilkan karat besi Fe 2O3.nH2O, zat padat berwarna coklat kemerah-merahan. Volume baja berkurang karena menjadi karat tadi. Mengenai bagian besi yang bertindak sebagai anoda dan bagian mana yang bertindak sebagai katoda tergantung pada banyak faktor, misalnya zat pengotor, atau adanya perbedaan rapatan logam itu, atau ada jenis logam lain yang bersinggungan. Kemungkinan terjadinya korosi pada baja merupakan kelemahan konstruksi baja dibanding kontruksi beton. Oleh sebab itu saat perencanaan faktor ini harus diantisipasi dengan baik. Korosi yang terjadi pada konstruksi baja adalah ibarat kanker, senyap tetapi akibatnya bisa sangat mematikan. Bahkan itu dapat terjadi di negara maju sekalipun, yang mana sebenarnya telah banyak dilakukan penelitian tentang hal itu, tetapi ternyata masih saja terdapat kekeliruan.
Meskipun umur konstruksi relatif masih muda (± 40 tahun), tetapi jembatan I-35 di sungai Missisippi, Minneapolis, Minnesota, USA, yang dibangun tahun 1967 tiba-tiba runtuh pada hari Rabu, tanggal 1 Agustus 2007. Kebetulan saat jam sibuk. 7
Setelah melalui penyelidikan diketahui bahwa penyebabnya adalah korosi logam (Sumber: en.wikipedia.org).
Kata kunci pencegahannya adalah selalu waspada, saat awal perlu hati-hati dalam pemilihan sistem pencegahan korosi yang tepat dan terakhir dukungan perawatan yang berkelanjutan. 2.3.4
Perilaku pada suhu tinggi
Bangunan konstruksi baja memang tidak akan terbakar jika terkena panas api saat kebakaran, tetapi akibat suhu yang tinggi dapat mengalami penurunan kekuatan drastis, bahkan tidak kuat memikul berat sendiri. Sehingga bila terjadi kebakaran yang lama maka bisa saja fungsi sebagai struktur pemikul beban menjadi hilang dan bangunan mengalami keruntuhan total.
Gambar 6.a memperlihatkan profil baja setelah kebakaran yang mengalami deformasi ekstrim sehingga fungsinya sebagai struktur jadi terganggu. Untuk mencegah, diberi fireproofing agar kenaikan temperatur ekstrim saat kebakaran dapat 8
dihambat. Harapannya tentu tidak membuatnya menjadi suatu bangunan tahan api, tetapi minimal agar perlu waktu lama untuk terjadi kenaikan temperature. Penurunan kekuatan terjadi setelah temperature melebihi ± 300°C, baik dari kuat leleh maupun modulus elastis, dua parameter penting yang berkaitan dengan kekuatan dan kekakuan bahan material. Kurva penurunannya dapat dilihat pada diagram di bawah ini.
Penambahan bahan fireproofing jelas akan memberikan tambahan beban, sehingga kriteria sebagai bangunan ringan menjadi berkurang dan biayanya meningkat. Meskipun demikian karena sifatnya yang melapisi maka hal itu baik juga untuk melindunginya dari resiko korosi. Jadi pemberian fireproofing juga merupakan double protection bagi konstruksi baja.
2.4
Struktur Baja
Struktur dapat dibagi menjadi tiga kategori umum: a)
Struktur rangka (framed structure), dimana elemen-elemennya kemungkinan terdiri dari batang-batang tarik, balok, dan batang-batang yang mendapatkan beban lentur kombinasi dan beban aksial.
b)
Struktur tipe cangkang (shell type structure), dimana tegangan aksial lebih dominan.
c)
Struktur tipe suspensi (suspension type structure), dimana tarikan aksial lebih mendominasi sistem pendukung utamanya.
9
2.5
Desain
2.5.1
Desain struktur
Desain struktur dapat didefinisikan sebagai suatu paduan dari sains dan seni, yang mengkombinasikan perasaan intuitif seorang insinyur yang berpengalaman mengenai perilaku struktur dengan pengetahuan yang mendalam mengenai prinsip prinsip statika, dinamika, mekanika bahan dan analisis struktur, untuk menciptakan suatu struktur yang aman dan ekonomis sehingga dapat berfungsi seperti yang diharapkan. 2.5.2
Prinsip-prinsip desain
Desain merupakan suatu proses untuk mendapatkan penyelesaian yang optimum. Dalam desain apapun, harus ditentukan sejumlah kriteria untuk menilai apakah yang optimum tersebut telah tercapai atau belum. Untuk sebuah struktur, kriteria-kriteria tersebut dapat berupa: 1.
Biaya minimum.
2.
Berat yang minimum.
3.
Waktu konstruksi yang minimum.
4.
Jumlah tenaga kerja minimum.
5.
Biaya pembuatan produk-produk pemilik yang minimum.
6.
Efisiensi pengoperasian yang maksimum bagi pemilik. Biasanya dilibatkan beberapa kriteria yang masing-masing perlu diberi bobot
nilai. Dengan memperhatikan kriteria yang mungkin seperti diatas, tampaklah bahwa penentuan kriteria-kriteria yang terukur dengan jelas-pun (seperti berat dan biaya) untuk mencapai suatu optimum kerap kali terbukti tidak mudah, bahkan mustahil dilakukan. Dalam kebanyakan situasi praktis, penilaian hanya dapat dilakukan secara kualitatif. 2.5.3
Prosedur desain
Prosedur desain dapat dianggap terdiri dari dua bagian, desain fungsional dan desain kerangka kerja struktural. Desain fungsional menjamin tercapainya hasil-hasil yang dikehendaki seperti: a.
Area kerja yang lapang dan mencukupi.
b.
Ventilasi atau pengkondisian udara yang tepat.
10
c.
Fasilitas-fasilitas transportasi yang memadai, seperti lift, tangga, dan derek atau alat-alat untuk menangani bahan-bahan.
d.
Pencahayaan yang cukup.
e.
Estetika. Desain kerangka kerja struktural berarti pemilihan susunan serta ukuran
elemen-elemen struktur yang tepat, sehingga beban-beban layanan bekerja dengan aman. Secara gari besar, prosedur desain dapat di gambarkan sebagai berikut: 1)
Perencanaan. Penentuan fungsi-fungsi yang akan dilayani oleh struktur yang bersangkutan. Tentukan kriteria-kriteria untuk mengukur apakah desain yang dihasilkan telah mencapai optimum.
2)
Konfigurasi struktur pendahuluan. Susunan dari elemen-elemen yang akan melayani fungsi-fungsi pada langkah 1.
3)
Penentuan beban-beban yang harus dipikul.
4)
Pemilihan batang pendahuluan. Pemilihan ukuran batang yang memenuhi kriteria obyektif, seperti berat atau biaya minimum dilakukan berdasarkan keputusan dari langkah 1,2 dan 3.
5)
Analisis. Analisis struktur dengan membuat model beban-beban dan kerangka kerja struktural untuk mendapatkan gaya-gaya internal dan defleksi yang dikehendaki.
6)
Evaluasi. Menganalisa semua persyaratan kekuatan dan kemampuan kerja yang telah terpenuhi dan hasilnya sudah optimum. Bandingkan dengan kriteria-kriteria yang telah ditentukan sebelumnya.
7)
Re-desain. Sebagai hasil dari evaluasi, diperlukan pengulangan bagian mana saja dari urutan 1 sampai dengan 6.
11
BAB 3 PENUTUP
3.1
Kesimpulan
Pemilihan bahan material konstruksi adalah tahapan penting dalam suatu perencanaan. Kriteria dasar yang digunakan adalah: [1] kekuatan (tegangan); [2] kekakuan (deformasi); dan [3] daktilitas (perilaku runtuh).
Jadi jika parameter kekuatan, kekakuan dan daktilitas digunakan untuk pemilihan material konstruksi maka dapat dengan mudah ditentukan bahwa material baja adalah yang unggul dibandingkan beton dan kayu, dengan modulus elastisitasnya sebesar 200.000 MPa. Rasio kuat dibanding berat untuk volume yang sama dari baja ternyata lebih tinggi (efisien) dibanding beton. Ini indikasi jika perencanaannya optimal maka bangunan dengan konstruksi baja tentunya akan menghasilkan sistem pondasi yang lebih ringan dibanding konstruksi beton, meskipun masih kalah dibanding kayu atau bambu. Dikaitkan efisiensi antara material baja dengan kayu atau bambu, maka baja hanya unggul karena kualitas mutu bahannya yang lebih homogen dan konsisten sehingga lebih handal. Meskipun baja mempunyai keunggulan terhadap gempa karena sifatnya yang ringan, tetapi kondisi tersebut tidak menguntungkan terhadap pembebanan angin. Tetapi karena sifat baja yang mempunyai kekuatan tinggi dan daktail, juga didukung proses perencanaan yang baik maka kelemahan terhadap angin mestinya dapat dengan mudah diatasi.
3.2
Saran
Makalah ini telah mengupas hal-hal yang dapat dianggap prospek maupun kendala dalam usaha mengoptimalkan pemakaian material baja pada proyek konstruksi di Indonesia dari segi akademis, sehingga nantinya dapat dilakukan tindakan nyata agar para pemangku kepentingan suatu proyek ( owner , arsitek, insinyur, kontraktor) mendapatkan kepuasan ketika memilih konstruksi baja.
12
DAFTAR PUSTAKA
1. Mizan. 2010. Indo Sharing Poenya: MAKALAH BAJA, http://mizan poenya.blogspot.com/2010/08/makalah-baja.html, diakses tanggal 29 Juli 2012 2. Suwasono, Agus. 2011. Pemakaian Material Baja untuk Konstruksi, http://www.agussuwasono.com/artikel/iptek/456-pemakaian-material-bajauntuk-konstruksi.html, diakses tanggal 29 Juli 2012 3. www.ilmutekniksipil.com. 2011. Profil Struktur Baja | Ilmu Teknik Sipil, http://www.ilmutekniksipil.com/struktur-baja/profil-struktur-baja,
diakses
tanggal 29 Juli 2012 4. www.atap-bajaringan.com. 2009. Atap baja ringan|konstruksi atap baja ringan|baja
ringan|jual
batangan
truss/baja
ringan,
http://www.atap-
bajaringan.com/artikel.html, diakses tanggal 29 Juli 2012 5. kamissore.blogspot.com. 2009. Bahan Konstruksi Baja Lebih Aman & Murah - Kumpulan Artikel – Tips, http://kamissore.blogspot.com/2009/09/bahankonstruksi-baja-lebih-aman-murah.html, diakses tanggal 29 Juli 2012 6. Ruta,
Ibato.
2011.
Tabel
Profil
Konstruksi
Baja,
http://www.scribd.com/doc/76307572/Tabel-Profil-Konstruksi-Baja, diakses tanggal 29 Juli 2012
13
