Sejarah Struktur Baja
Posted on 25/06/2008 | Tinggalkan Komentar
I. 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 indivudual 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 diatas selat
Menai di Wales yang dibangun pada 1846 – 1850. Jembatan ini menggunakan
gelagar –gelagar tubular 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. Dewasa ini (1990-an), baja telah memiliki tegangan
leleh dari24 000 sampai dengan 100 000
pounds per square inch, psi (165 sampai 690 MPa), dan telah tersedia untuk berbagai keperluan struktural.
Berikut ini adalah awal mula ditemukannya Baja.
- · Besi ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM
- · Tahun 1100 SM, Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan
tersebut selama 400 tahun dikuasai oleh bangsa asia barat, pada tahun
tersebbut 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 1000 M pada
kekaisaran fatim yang disebut dengan baja damascus.
- · 1300 M, rahasia pembuatan baja damaskus hilang.
- · 1700 M, baja kembali diteliti penggunaan dan pembuatannya di eropa.
II. Material baja
2.1 Jenis – jenis Baja
Dengan baja dimaksudkan suatu bahan dengan keserbasamaan yang besar, yang terutama terdiri atas ferrum (
Fe) dalam bentuk hablur dan 0,04 @ 1,6% zat arang (
C);
zat arang itu didapat dengan jalan membersihkan bahan pada temperatur
yang sangat tinggi, dengan menggunakan proses – proses yang akan disebut
sebagian besar dari besi kasar, yang dihasilkan oleh dapur – dapur
tinggi.
Semua jenis – jenis baja sedikit banyak dapat ditempa dan dapat
disepuh, sedangkan untuk baja lunak pada tegangan yang jauh dibawah
kekuatan tarik atau
batas patah TB, yaitu apa yang dinamakan
batas lumer atau
tegangan lumer Tv,
terjadi suatu keadaan yang aneh, dimana perubahan bentuk berjalan terus
beberapa waktu, dengan tidak memperbesar beban yang ada.
Sifat – sifat baja bergantung sekali kepada kadar zat arang, semakin
bertambah kadar ini, semakin naik tegangan patah dan regangan menurut
prosen, yang terjadi pada sebuah batang percobaan yang dibebani dengan
tarikan, yaitu
regangan patah menjadi lebih kecil.
Persentase yang sangat kecil dari unsur – unsur lainnya, dapat
mempengaruhi sifat – sifat baja dengan kuat sekali, secar baik atau
jelek. Guna membedakannya, jenis – jenis baja diberi nomor yang sesuai
dengan tegangan patah yang dijamin dan yang terendah pada percobaan
tarik yang normal, tetapi untuk setiap jenis baja juga ditentukan suatu
TBmaks.
1.2 Klasifikasi Baja
1. Baja Karbon
Baja Karbon dibagi menjadi empat kategori berdasarkan persentase
karbonnya : Karbon rendah (kurang dari 0,15%); Karbon lunak (0,15 –
0,29%); Karbon sedang (0.3 – 0.59%); dan karbon tingi (0,6 – 1,7%). Baja
Karbon struktural termasuk dalam kategori karbon lunak. Baja Karbon
struktur menunjukan titik leleh dfinit, peningkatan perentase karbon
akan menigkatkan kekerasannya namun mengurangi kekenyalannya, sehingga
lebih sulit dilas.
2. Baja Perpaduan Rendah Berkekuatan Tinggi
Kategori ini meliputi baja – baja yang memiliki tegangan leleh dari
40 – 70 ksi (275 – 480 MPa), yang menunjukan titik leleh yang jelas,
sama dengan yang terjadi pada baja karbon. Penambahan sejumlah elemen
paduan terhadap baja seperti krom, kolubium, tembaga, mangan, molibden,
nikel, fosfor, vanadium atau zirkonium, akan memperbaiki sifat – sifat
mekanisnya. Bila Karbon mendapatkan kekuatan dengan penambahan kandungan
karbonnya, elemen – elemen paduan menciptakan tambahan kekuatan lebih
dengan mikrostruktur yang halus ketimbang mikrostruktur yang kasar yang
diperoleh selama proses pendinginan baja. Baja paduan rendah berkkuatan
tinggi digunakan dalam kondisi seperti tempaan atau kondisi normal yakni
kondisi dimana tidak digunakan perlakuan panas.
3. Baja Paduan
Baja paduan rendah dapat didinginkan dan disepuh supaya dapat
mencapai kekuatan leleh sebesar 80 – 110 ksi (550 – 760 MPa). Kekuatan
leleh biasanya didefinisikan sebagai tegangan pada regangan
offset
0,2%, karena baja ini tidak menunjukan titik leleh yang jelas. Dengan
prosedur yang tepat baja ini dapat dilas, dan biasanya tidak membutuhkan
tambahan perlakuan panas setelah pengelasan dilakukan. Untuk beberapa
keperluan khusus, kadangkala dibutuhkan pengendoran tegangan. Beberapa
baja karbon, seperti baja tekanan fluida tertentu, dapat didinginkan dan
disepuh supaya dapat memberikan kekuatan leleh sekitar 80 ksi (550
MPa), namun kebanyakan baja dengan kekuatan sedemikian merupakan baja
paduan rendah. Baja paduan rendah ini pada umumnya memiliki karbon
sekitar 0,2% supaya dapat membatasi kekerasan mikrostruktur btiran kasar
(martensit) yang mungkin terbentuk selama perlakuan panas atau
pengelasan, sehingga dapat mengurangi bahaya retakan.
Perlakuan panas terdiri dari pendinginan (pendinginan secara cepat
dengan air atau minyak paling tidk 16500F (9000C) sampai sekitar 300 –
4000F); kemudian penyepuhan dengan pemanasan kembali sampai paling tidak
sekitar 11500F (6200C) dan kemudian dibiarkan mendingin. Penyepuhan,
meskipun mengurangi sedikit kekuatan dan kekerasan dari bahan yang telah
didinginkan, namun dapat meningkatkan kekenyalan dan keuletan.
Pengurangan dalam kekuatan dan kekerasan dengan peningkatan temperatur
sedikit dilawan oleh munculnya pengerasan sekunder yang terjadi akibat
penyerapan kolubium, titanium atau vanadium karbida. Penyerapan ini
dimulai pada temperatur sekitar 9500F (5100C) dan menjadi makin cepat
sampai sekitar 12500F (6800C). Penyepuhan pada atau sekitar 12500F untuk
mendapatkan penyerapan maksimum dari karbida mungkin akan mengakibatkan
masuknya elemen tersebut ke dalam zona transformasi dan hasilnya
mikrostruktur menjadi lebih lemah yang mungkin dapat diperoleh tanpa
pendinginan dan penyepuhan.
Secara ringkas, pendinginan menghasilkan martensit, suatu
mikrostruktur getas yang sangat keras dan kuat ; pemanasan kembali akan
sedikit mengurangi kekuatan dan kekerasan, namun akan meningkatkan
keuletan dan kekenyalan.
III. Sifat Baja
v Baja tahan garam (
acid-resisting steel)
v Baja tahan panas (
heat resistant steel)
v Baja tanpa sisik (
non scaling steel)
v
Electric steel
v
Magnetic steel
v
Non magnetic steel
v Baja tahan pakai (
wear resisting steel)
v Baja tahan karat/korosi
IV 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.
a) Struktur Rangka
Kebanyakan konstruksi bangnan tipikal termasuk dalam kategori ini.
Bangunan berlantai banyak biasanya terdiri dari balok dan kolom, baik
yang terhubungkan secara
rigid atau hanya terhubung sederhana
dengan penopang diagonal untuk menjaga stabilitas. Meskipun suatu
bangunan berlantai banyak bersifat tiga dimensional, namun biasanya
bangunan tersebut didesain sedemikian rupa sehingga lebih kaku pada
salah satu arah ketimbang arah lainnya. Dengan demikian, bangunan
tersebut dapat diperlakukan sebagai serangkaian rangka (
frame)
bidang. Meskipun demikian, bila perangkaan sedemikian rupa sehingga
perilaku batang – batangnya pada salah satu bidang cukup mempengaruhi
perilaku pada bidang lainnya, rangka tersebut harus diperlakukan sebagai
rangka ruang tiga dimensi.
Bangunan – bangunan industrial dan bangunan – bangunan sau lantai
tertentu, seperti gereja, sekolah, dan gelanggang, pada umumnya
menggunakan struktur rangka baik secara keseluruhan maupun hanya
sebagian saja. Khususnya sistem atap yang mungkin terdiri dari
serangkaian kerangka datar, kerangka ruang, sebuah kubah atau mungkin
pula bagian dari suatu rangka datar atau rangka kaku satu lantai dengan
pelana. Jembatan pun kebanyakan merupakan struktur rangka, seperti balok
dan gelagar pelat atau kerangka yang biasanya menerus.
b) Struktur Tipe Cangkang
Dalam tipe struktur ini, selain melayani fungi bangunan, kubah juga
bertindak sebagai penahan beban. Salah satu tipe yang umum dimana
tegangan utamanya berupa tarikan adalah bejana yang digunakan untuk
menyimpan cairan (baik untuk temperatur tinggi maupun rendah),
diantaranya yang paling terkenal adalah tanki air. Bejana penyimpanan,
tanki dan badan
kapal
merupakan contoh – contoh lainnya. Pada banyak struktur dengan tipe
cangkang, dapat digunakan pula suatu struktur rangka yang dikombinasikan
dengan cangkang.
Pada dinding – dinding dan atap datar, sementara berfungsi bersama
dengan sebuah kerangka kerja, elemen – elemen “kulit”nya dapat bersifat
tekan. Conto pada badan pesawat terbang. Struktur tipe cangkang biasanya
didesain oleh seorang spesialis.
c) Struktur Tipe Suspensi
Pada struktur dengan tipe suspensi, kabel tarikmerupakan elemen –
elemen utama. Biasanya subsistem dari struktur ini terdiri dari
struktur kerangka, seperti misalnya rangka pengaku pada jembatan
gantung. Karena elemen tarik ini terbukti paling efisien dalam menahan
beban, struktur dengan konsep ini semakin banyak dipergunakan.
Telah dibangun pula banyak struktur khusus dengan berbagai kombinasi
dari tipe rangka, cangkang, dan suspensi. Meskipun demikian, seorang
desainer spesialis dalam tipe struktur cangkang ini pun pada dasarnya
harus juga memahami desain dan perilaku struktur rangka.
V. Desain
a. 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.
b. 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 dpat 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.
Apabila suatu kriteria tertentu dapat diwujudkan secara matematis,
untuk memperoleh titik maksimum dan minimum dari fungsi objektif yang
bersangkutan, dapat digunakan teknik – teknik optimasi. namun hendaknya
kita tidak melupakan kriteria subyektif lainnya, walaupun
pengintegrasian dai prinsip – prinsip perilaku dengan desain elemen –
elemen baja struktur hanya berdasarkan kriteria – kriteria objektif yang
sderhana saja, misalnya berat dan biaya.
c. Prosedur Desain
Prosedur desain dapat dianggap terdiri dari dua bagian, desain
fungsional dan deain 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,
c. Fasilitas – fasilitas transfortasi 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 secara iteratif dapat digambarkan 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 objektif, 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. Apakah semua persyaratan kekuatan dan
kemampuan kerja telah terpenuhi dan apakah hasilnya sudah optimum?
Bandingkan dengan kriteria – kriteria yang telah ditentukan sebelumnya.
7) Redesain. Sebagai hasil dari evaluasi, diperlukan
pengulangan bagian mana saja dai urutan 1 sampai dengan 6. Langkah –
langkah tersebut merupakan suatu proses iteratif. Namun dengan mengingat
bahwa konfigurasi struktur dan pembebanan luar telah ditentukan
sebelumnya
www.konstruksi-baja-wf.com
