KULIAH BAJA 2

MATERI KULIAH BAJA II

PENGANTAR (REVIEW) MATERIAL BAJA SEBAGAI BAHAN STRUKTUR

PERENCANAAN STRUKTUR BAJA

BALOK TERLENTUR (Flexural Menbers)

ALAT PENGIKAT STRUKTURAL (Struktural Fastener)

BALOK – KOLOM (KOMBINASI GAYA)

PERLETAKAN

STRUKTUR PORTAL SEDERHANA

APLIKASI KOMPUTER UNTUK ANALISIS STRUKTUR BAJA (SansPro V.4.95)

KULIAH BAJA 2

MATERIAL BAJA SEBAGAI BAHAN STRUKTUR

Tujuan Pembelajaran

Mahasiswa memahami karakteristik/perilaku baja sebagai bahan struktur

Mahasiswa mengetahui berbagai tipe struktur baja

1. SEJARAH BAJA DAN BAJA RINGAN

Baja adalah logam campuran yang tediri dari BESI (Fe) dan KARBON (C).

Dalam senyawa antara besi dan karbon (unsur nonlogam) tersebut besi menjadi unsur yang lebih dominan dibanding karbon.

Kandungan kabon berkisar antara 0,2 – 2,1% dari berat baja, tergantung tingkatannya.

Fungsi karbon adalah meningkatkan kwalitas baja, yaitu daya tariknya (tensile strength) dan tingkat kekerasannya (hardness). Selain karbon, sering juga ditambahkan unsur chrom (Cr), nikel (Ni), vanadium (V), molybdaen (Mo) untuk mendapatkan sifat lain sesuai aplikasi dilapangan seperti antikorosi, tahan panas, dan tahan temperatur tinggi

Sejarah Baja (Lihat Modul)

1. SEJARAH BAJA DAN BAJA RINGAN (lanjutan)

Klasifikasi Baja menurut Komposisi Kimia1.Baja Karbon (carbon steel), dibagi menjadi tiga

yaitu; Baja karbon rendah (low carbon steel)

- machine, machinery dan mild steel - 0,05 % – 0,30% C.- Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. - Penggunaannya:

• 0,05 % – 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains (rantai), rivets (paku keling), screws (sekrup), nails (paku).

• 0,20 % – 0,30 % C : gears (roda gigi), shafts (poros), bolts (baut), forgings, bridges, buildings.

1. SEJARAH BAJA DAN BAJA RINGAN (lanjutan)Klasifikasi Baja menurut komposisi kimia(lanjutan)

1. Baja Karbon (carbon steel)

Baja karbon menengah (medium carbon steel) - Kekuatan lebih tinggi dari pada baja karbon rendah- 0,30 % – 0,60% C.- Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. - Penggunaannya:

• 0,30 % – 0,40 % C : penghubung batang/kabel, pin engkol, as roda.

• 0,40 % – 0,50 % C : as mobil, rel, peralatan bengkel

• 0,50 % – 0,60 % C : hammer kereta luncur

Baja karbon tinggi (high carbon steel) - Kekuatan lebih tinggi dari pada baja karbon

menengah- 0,60 % – 1,50% C.- Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. - Penggunaannya:

• Screw drivers, blacksmith hummers, table knives, screws, hammers, jaws, knives, drills. Tools for turning brass and wood, reamers, tools for turning metals ,saw for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters.

1. SEJARAH BAJA DAN BAJA RINGAN (lanjutan)Klasifikasi Baja menurut komposisi kimia(lanjutan)

1. Baja Karbon (carbon steel)

1. SEJARAH BAJA DAN BAJA RINGAN (lanjutan)

Klasifikasi Baja menurut Komposisi Kimia

2. Baja Paduan Rendah Kekuatan Tinggi (High Strength Low Alloy

Steel); Baja ini diperoleh dari baja karbon dengan menambahkan unsur paduan

seperti chrom, columbium, tembaga, mangan molybdenum, nikel, fosfor, vanadium atau ziroconimum agar sifat mekanisnya lebih baik.

Tegangan leleh 40 ksi dan 70 ksi (275Mpa dan 480Mpa) A242, A441, A572, A558, A606, A618 dan A709 Tujuan :

Untuk menaikan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik) Untuk menaikan sifat mekanik pada temperature rendah. Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan

reduksi) Untuk membuat sifat-sifat parsial

1. SEJARAH BAJA DAN BAJA RINGAN (lanjutan)

Klasifikasi Baja menurut Komposisi Kimia

3. Baja Paduan Baja paduan rendah dapat didinginkan (dalam air) dan

dipanaskan kembali untuk mendapatkan tegangan leleh sebesar 80 ksi sampai 110 ksi (550 Mpa sampai 760 Mpa)

1. SEJARAH BAJA DAN BAJA RINGAN (lanjutan)

Baja Ringan Baja Ringan adalah baja canai dingin dengan kualitas tinggi

yang bersifat ringan dan tipis namun kekuatannya tidak kalah dengan baja konvensional.

Baja G550 berarti baja memiliki kuat tarik 550 Mpa (5500 kg/cm2)

Standar bahan ASTM A792, JIS G3302, SGC 570 Pelindung Galvanized (sering disebut zincalume)

2. SIFAT MEKANIK BAHAN BAJA

Sifat mekanis lainnya untuk perencanaan (SNI 03-1729-2002) : Modulus elastisitas E = 200.000 Mpa Modulud geser : G = 80.000 Mpa Nisbah poisson : µ = 0.3 Koefisien pemuaian : α = 12x10-6/oC

3. KELIATAN DAN KEKENYALAN Keliatan (toughness) dan Kekenyalan (resilience) suatu bahan

adalah kemampuan bahan tersebut menyerap energy mekanis sebelum bahan tersebut hancur

Kekenyalan berhubungan dengan penerapan energy elastis suatu bahan

Keliatan berhubungan dengan energy total baik elastis maupun inelastis

4. KELAKUAN BAJA PADA SUHU TINGGI Perencanaan Struktur hanya pada suhu atmosfir jarang meninjau

kelakuan baja pada suhu tinggi. Bila suhu melampaui 93oC, kurva tegangan-regangan mulai

menjadi tak linear dan secara bertahap titik leleh yang jelas menghilang.

Modulus elastisitas, kekuatan leleh dan kekuatan tarik akan menurun bila suhu naik (penurunan maksimum pada suhu 430OC dan 540OC)

Baja A36 A440 pada suhu 150OC-370OC mengalami pelapukan regangan (turunnya daktalitas)

Deformasi baja akan membesar sebanding dengan lamanya waktu pembebanan (fenomena “rangkak”) pada suhu 260OC-320OC.

5. PATAH GETAS

Patah getas : “jenis keruntuhan berbahaya yang terjadi tanpa deformasi plastis lebih dahulu dan dalam waktu yang sangat singkat”

Patah getas dipengaruhi oleh suhu, laju pembebanan, tingkat tegangan, ukuran cacat, tebal atau pembatas pelat, geometri sambungan dan mutu pengerjaan.

6. SOBEKAN LAMELA

Sobekan lamella (lamela tearing) merupakan salah satu bentuk patah getas.

Dalam kasus ini, bahan dasar pada sambungan las yang sangat dikekang (restrained) pecah (sobek) akibat regangan “sepanjang ketebalan” yang timbul karena penyusutan logam las

7. KERUNTUHAN LELAHPembebanan dan penghilangan beban yang berlangsung secara

berulang-ulang walaupun belum melampaui titik leleh dapat mengakibatkan keruntuhan (kelelahan).

Keruntuhan ini dapat terjadi walaupun semua kondisi bajanya ideal.

Sebagai contoh, jembatan jalan raya biasanya diperkirakan mengalami lebih dari 100.000 siklus pembebanan sehingga kelelahan (fatigue) perlu ditinjau dalam perencanaannya.

Pada gedung, karena siklus pembebanannya rendah, maka kelelahannya tidak perlu ditinjau.

Siklus pembebanan pada gedung umumnya berasal dari muatan hidup lantai, hujan, angin dan gempa.

8. APLIKASI MATERIAL BAJA PADA STRUKTUR

8. APLIKASI MATERIAL BAJA PADA STRUKTUR

KULIAH BAJA 2

PERENCANAAN STRUKTUR BAJA

Tujuan Pembelajaran

Mahasiswa memahami tahapan-tahapan yang harus dipertimbangkan dalam perencanaan struktur baja

Mahasiswa memahami beban-beban yang bekerja pada struktur

Mahasiswa mengatahui konsep dasar perencanaan

DEFENISI

Perencanaan struktur bisa didefinisikan sebagai paduan dari SENI dan ILMU, yang menggabungkan INTUISI seorang insinyur berpengalaman kedalam kelakuan struktur dengan pengetahuan mendalam tentang prinsip statika, dinamika, mekanika bahan dan analisa struktur, untuk mndapatkan struktur yang EKONOMIS dan AMAN serta sesuai dengan tujuan pembuatannya.

Sebelum tahun 1850, perencanaan struktur umumnya merupakan seni yang tergantung pada intuisi dalam menentukan ukuran dan tata letak elemen-elemen struktur. Pada hakekatnya selaras dengan yang dilihat dari alam sekitar.

Perhitungan yang menggunakan prinsip-prinsip ilmiah harus menjadi pegangan dalam mengambil keputusan dan tidak diikuti saja. Seni atau kemampuan intuitif seorang insinyur berpengalaman dimanfaatkan untuk mengambil keputusan berdasarkan hasil perhitungan.

PRINSIP-PRINSIP PERENCANAAN

Perencanaan adalah suatu proses untuk menghasilkan penyelesaian optimum.

Dalam suatu perencanaan, harus ditetapkan kriteria untuk menilai tercapai atau tidaknya penyelesaian optimum

Kriteria umum untuk perencanaan struktur al : Biaya minimum

Berat minimum

Waktu konstruksi yang minimum

Tenaga kerja minimum

Biaya produksi minimum bagi si pemilik gedung

Effisiensi operasi maksimum bagi si pemilik

PROSEDUR PERENCANAAN

PROSEDUR PERENCANAAN :1.Perencanaan Fungsional :

Menyediakan ruang kerja dan jarak yang memadai

Menyediakan ventilasi dan/atau pendingin ruangan

Fasilitas transportasi yang memadai Penerangan yang cukup Menyajikan bentuk arsitektur yang menarik

PROSEDUR PERENCANAAN (lanjutan)PROSEDUR PERENCANAAN :

2. Perencanaan Kerangka Struktur :1. Perancangan : penetapan fungsi yang harus dipenuhi oleh struktur

2. Konfigurasi struktur prarencana

3. Penentuan beban yg harus dipikul

4. Pemilihan batang prarencana

5. Analisa struktur untuk menentukan aman atau tidaknya batang yg dipilih

6. Melakukan evaluasi hasil rancangan

7. Apabila hasil evaluasi belum tercapai (ulang 1-6)

8. Keputusan Akhir

PERENCANAAN BEBAN KERJA

BEBAN MATI : beban kerja akibat gravitasi yang tetap posisinya, disebut demikian karena bekerja terus menerus dengan arah ke bumi tempat struktur didirikan.

BEBAN HIDUP : beban gravitasi pada struktur, yang besar dan lokasinya bervariasi

BEBAN ANGIN ditetapkan sbb: Tekanan tiup minimum 25 kg/m2

Untuk daerah tepi laut sampai sejauh 5 km diambil minimum 40 kg/m2

Untuk daerah dengan perkiraan tekanan tiup lebih besar dihitung dengan persamaan dengan v = kecepatan angin (m/det)

PERENCANAAN BEBAN KERJA (lanjutan) BEBAN GEMPA : beban statik ekivalen yang

bekerja pada struktur akibat adanya pergerakan tanah secara vertikal dan horizontal (gempa horizontal lebih menentukan), menghasilkan gaya geser dasar bangunan yang dihitung dengan persamaan :

Dimana : C = factor respon gempa

I = factor keutamaan gedung

R = factor reduksi gempa

Wt = berat total bangunan (termasuk beban hidup)

KONSEP DASAR PERENCANAAN KONSEP DASAR PERENCANAAN STRUKTUR BAJA :

Perencanaan berdasarkan TEGANGAN KERJA (Allowable Stress Design, ASD) => PPBBI 1984

Untuk pembebanan tetap

Untuk pembebanan sementara

Dimana : ρ = teganggan yang terjadi

fy = tegangan leleh baja (sesuai mutu baja)

Kombinasi Beban

Pemebanan Tetap

D + L

Pembebanan Sementara

D + L + W

D + L + E

Faktor tahanan (lihat PPBBI 1984)

KONSEP DASAR PERENCANAAN (lanjutan)

KONSEP DASAR PERENCANAAN STRUKTUR BAJA :

Perencanaan berdasarkan BEBAN TERFAKTOR (Load and Resistance Factor Design, LRFD) => SNI 03-1729-2002

Persamaan : фRn ≥ ∑ γi Qi dimana : Rn = tahanan nominal

ф = factor tahanan

γi = factor beban

Qi = beban yang bekerja

Kombinasi pembebanan :

1.4D

1.2D + 1.6L + 0.5(La atau H)

1.2D + 1.6(La atau H) + (γL L atau 0.8W)

1.2D + 1.3W+ γL L + 0.5(La atau H)

1.2D ± 1.0E + γL L

0.9D ± (1.3W atau 1.0E)

Faktor tahanan (lihat SNI 03-1729-2002)

γL = 0.5 bila L < 5kPa (500 kg/m2) danγL = 1 bila ≥ 5 kPa (500 kg/m2)Kecuali garasi parkir, dan pertemuan umum γL = 1

CONTOH SOAL