Material Baja Dan Sifatnya

8/19/2019 Material Baja Dan Sifatnya

http://slidepdf.com/reader/full/material-baja-dan-sifatnya 1/30

Pertemuan ke-2

STRUKTUR BAJA I



Sejarah Penggunaan Material Baja

Awal penggunaan sekitar tahun 4000 SM, dimana besi adalahkomponen utama penyusun baja yang digunakan untukperalatan-peralatan sederhana.

Baja diperoleh dengan memanaskan bijih-bijih besi dengan

menggunakan arang.

Sekitar akhir abad ke-18, besi tuang dan besi tempa sudahbanyak digunakan untuk pembuatan struktur jembatan.

Jembatan lengkung Coalbrookdale yang melintas di atas Sungai

Severn (Inggris) adalah jembatan pertama yang terbuat dari besituang.

Jembatan dengan panjang bentang sekitar 30 m dibangun oleh Abrahan Darby III.



Coalbrookdale Arch Brigde (Inggris)



Pada abad ke-19 muncul material baru dimana baja merupakan

logam paduan antara besi dan karbon.Material baja mengandung karbon yang lebih sedikit daripada

besi tuang, dan mulai digunakan dalam konstruksi-konstruksiberat.

Pembuatan baja dalam volume besar dilakukan pertama kali

oleh Sir Henry Bessemer dari Inggris dan menerima hak patendari pemerintah Inggris pada tahun 1855.

Dengan ditemukannya proses Bessemer, maka di tahun 1870 bajakarbon mulai dapat diproduksi dalam skala besar dan secaraperlahan material baja mulai menggantikan besi tuang sebagai

elemen konstruksi.Di Amerika Serikat jembatan kereta api pertama yang dibuat

dari baja adalah jembatan Eads.

Struktur portal rangka baja pertama adalah Home InsuranceCompany Building di Chicago yang dibangun oleh William Le

Baron Jenny.

Sejarah Penggunaan Material Baja



Eads Bridge, St. Louis, USA

Home Insurance CompanyBuilding, Chicago



Baja yang digunakan pada struktur dapat diklasifikasikanmenjadi 3 :

1. Baja karbon

2. Baja paduan rendah mutu tinggi

3. Baja paduan.

Sifat-sifat mekanik baja tersebut seperti tegangan leleh dantegangan putusnya diatur dalam ASTM A6/A6M.

A. Baja karbon

Baja karbon berdasarkan persentase kandungan karbonnyaterbagi atas 3 kategori :

1. baja karbon rendah (C = 0,03 – 1,70%)

2. baja karbon medium (C = 0,35 – 0,50%)

3. Baja karbon tinggi ( C = 0,55 – 1,7%)

Material Baja



Baja yang sering digunakan dalam struktur adalah baja

karbon medium, misalnya baja BJ 37.

Selain karbon, unsur lain yang juga terdapat dalam bajakarbon adalah mangan (0,25 – 1,5%), silikon (0,25 – 0,3%),fosfor (maksimal 0,04%) dan sulfur (0,05%)

Baja karbon umumnya memiliki tegangan leleh (fy) antara210 – 250 MPa.

B. Baja paduan rendah mutu tinggi

Mempunyai tegangan leleh berkisar antara 290 – 550 MPa

dengan tegangan putus ( f u) antara 415–

700 MPa.

Penambahan paduan seperti : chromium, mangan, nikel,fosfor, vanadium, columbium yang dapat memperbaikisifat-sifat mekaniknya.



c. Baja paduan Baja paduan rendah (low alloy) dapat ditempa dan

dipanaskan untuk memperoleh tegangan leleh antara 550 –

760 MPa Tegangan leleh dari baja paduan biasanya ditentukan sebagai

tegangan yang terjadi saat timbul regangan permanen sebesar

0,2% atau dapat ditentukan pula sebagai tegangan pada saatregangan mencapai 0,5%.

Baut yang biasa digunakan sebagai alat pengencang mempunyaitegangan putus minimum 415 MPa hingga 700 MPa.

Baut mutu tinggi mempunyai kandungan karbon maksimum0,3% dengan tegangan putus berkisar antara 733 – 838 MPa.



Hubungan tegangan-regangan tipikal



Proses Pembuatan Baja

Baja : besi + karbon + mineral logam tambahan (aloy) sumber mineral besi adalah biji besi, besi tua

sumber mineral karbon adalah kokas

mineral logam tambahan adalah :

a. Nikel dan mangan, berfungsi untuk meningkatkankekuatan baja

b. Kromium, berfungsi untuk meningkatkan kekerasan danmeningkatkan temperatur leleh baja

c. Vanadium, berfungsi untuk meningkatkan kekerasan bajadan membuat baja lebih daktail.

d. columbium, berfungsi untuk meningkatkan kekerasanbaja dan membuat baja lebih daktail.



Baja tersedia dalam berbagai bentuk penampang yang seringdikenal dengan profil.

Berdasarkan cara pembentukan penampang profil baja, dikenal2 macam baja, yaitu :

1. Giling panas ( hot rolled) : dari blast furnace langsungdicetak/ditekan dalam proses giling melalui mesin rollermenjadi produk pelat, profil.

2. Giling dingin (cold formed) : dari pelat yang telah dibuatdengan ketebalan yang relatif tipis. Pelat tersebut kemudian

digiling/dibentuk dalam atmosfer ruang menjadi produk bajagiling dingin.

Produsen baja umumnya menghasilkan produk baja sepertipelat baja, profil baja dan baja tulangan/wiremesh.



Beberapa produsen baja lokal di Indonesia adalah : Gunung

Garuda, Krakatau Steel, Steel Pipe Industry Indonesia, dll.



Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) saat ini tengahmengembangkan alternatif bahan baku pembuat baja denganmenggunakan bahan berbasis limonit (bijih nikel berkadar rendah).



Sifat-sifat Baja

Agar perancangan struktur dapat optimal, sehingga hasilrancangan cukup aman dan ekonomis , maka sifat sifat bahanstruktur perlu diketahui dengan.

Sifat- sifat baja yang paling utama untuk dikatahui adalah : Sifatkekuatan/keteguhan , elastisitas , kekerasan dan sifat untuk

kemungkinan dapat ditempa.

a. Sifat kekuatan ; artinya mempunyai sifat kekuatan tinggiuntuk menahan tarik , tekan , lenturan dan geseran.

b. Sifat elastis ; artinya sampai batas tertentu bahan baja

mengalami pembebanan dan akibat pembebanan tsb akanmengalami perubahan bentuk , tetapi setelah pembebanandihentikan maka bahan baja akan kembali pada bentuksemula.



c. Sifat kekerasan ; artinya tidak mudah mengalami cacat kalaukena benturan . Jadi bahan baja ini cukup keras tetapi elastis.

d. Sifat dapat ditempa ; artinya pada keadaan pijar / lembekkarena dipanasi mudah ditempa sehingga dapat dirubahbentuknya . Tetapi pada keadaan dingin/selesai dipanasi

kekuatannya tidak berubah.



Sifat-sifat Mekanik Baja

Untuk memahami sifat-sifat baja struktural, perlu dipahamidiagram tegangan-regangan.

Gambar 1 dan 2 menunjukkan suatu hasil uji tarik materail baja yang dilakukan pada suhu kamar serta dengan memberikan lajuregangan yang norma.

Tegangan nominal ( f ) yang terjadi dalam benda uji diplot padasumbu vertikal, sedangkan regangan (Ɛ ) yang merupakanperbandingan antara pertambahan panjang dengan panjangmula-mula diplot pada sumbu horizontal.

Gambar 1 merupakan hasil uji tarikdari suatu benda uji baja yang dilakukan hingga benda uji mengalami keruntuhan,

Gambar 2 menunjukkan gambaran yang lebih detail dariperilaku benda uji hingga mencapai regangan sebesar ± 2%.



Gambar 1. Kurva Hubungan Tegangan ( f ) vs Regangan (Ɛ)



Gambar 2. Bagian kurva tegangan-regangan yang diperbesar



Titik-titik penting membagi kurva tegangan-regangan menjadibeberapa daerah sebagai berikut :

1. Daerah linear antara 0 dan fp, dalam daerah ini berlakuhukum Hook, kemiringan dari kurva yg lurus disebutModulus elastisitas atau Modulus young, E ( f /Ɛ )

2. Daerah elastis antara 0 dan fe pada daerah ini jika bebandihilangkan maka benda uji akan kembali ke bentuk semula

3. Daerah plastis yang dibatasi oleh regangan antara 2% hingga1,2 – 1,5% pada bagian ini regangan mengalami kenaikan

akibat tegangan konstan sebesar fy.4. Daerah penguatan regangan (strain-hardening) antara Ɛ sh

dan Ɛ u



Dalam perencanaan struktur baja, SNI 03-1729-2002mengambil beberapa sifat-sifat mekanik dari material baja yangsama yaitu :

Modulus Elastisitas, E = 200.000 MPa

Modulus Geser, G = 80.000 MPa

Angka poisson = 0,30

Koefisien muai panjang = 12.10-6/oC

Sedangkan berdasarkan tegangan leleh dan tegangan putusnya,SNI 03-1729-2002 mengklasifikasikan mutu dari material bajamenjadi 5 kelas mutu sebagi berikut :



Perilaku Baja Pada Temperatur Tinggi

Sifat-sifat/perilaku material baja pada temperatur tinggi sangatdiperlukan terutama pada saat melakukan proses pengelasanatau pada saat struktur terekspose di dalam api.

Pada temperatur sekitar 93%, kurva tegangan-regangan akan

berubah menjadi tak liniear lagi dan secara bersamaan titik lelehmaterial tidak tampak jelas.

Modulus elastisitas, tegangan leleh dan tegangan tarik semuanyaakan tereduksi seiring dengan naiknya temperatur material.

Efek lain yang terjadi pada material baja akibat kenaikan

temperatur antara lain meningkatnya getas material akibatperubahan metalurgi dari material .



Keruntuhan Getas

Meskipun keruntuhan struktur baja pada umumnya merupakankeruntuhan daktail. Namum dalam bermacam variasi kondisi,keruntuhan baja dapat merupahan keruntuhan getas.

Keruntuhan getas adalah merupakan suatu keruntuhan yangterjadi secara tiba-tiba tanpa didahului deformasi plastis, terjadidengan kecepatan yang sangat tinggi.

Keruntuhan ini dipengaruhi oleh temperatur, kecepatanpembebanan, tingkat tegangan, tebal pelat dan sistempengerjaan.

Secara garis besar, faktor-faktor yang dapat menimbulkankeruntuhan getas pada suatu elemen strktur dapat ditampilkandalam Tabel berikut .



Sobekan Lamelar

Pembuatan profil baja umumnya dilakukan dengan proses gilas. Proses ini mengakibatkan profil mempunyai sifat berbeda dalam

arah gilas, arah transversal dan arah ketebalan.

Sobekan lamelar merupakan keruntuhan getas yang terjadi padabidang gilas akibat gaya tarik besar yang bekerja tegak lurusketebalan elemen pelat profil.

Sobekan lamelar umumnya dijumpai pada sambungan-sambungan las berbentuk T.

Disamping itu ukuran las juga mempengaruhi terjadinya

sobekan lamelar, sebaiknya ukuran las tidak melebihi 20 mmuntuk menghindari terjadinya sobekan lamelar.



Arah gilas, arah transversal, dan arah ketebalan

Sobekan lamelar akibat susut sambungan las

Sobekan lamelar pada sambungan T dari las sudut



Keruntuhan Leleh

Keruntuhan leleh ( fatigue failure) adalah keruntuhan akibatpembebanan yang bersifat siklik (khususnya beban tarik)meskipun tegangan leleh baja tak pernah tercapai.

Keruntuhan leleh dipengaruhi oleh 3 faktor yakni :

1. jumlah siklus pembebanan2. daerah tegangan layan (perbedaan antara tegangan

maksimum dan minimum)

3. cacat-cacat material tersebut, seperti retak-retak kecil



Terima Kasih

Material Baja Dan Sifatnya

Documents

Transcript of Material Baja Dan Sifatnya