MODUL 1 1 SIFAT MEKANIK MATERIAL BAJA 1. Sifat Mekanik Material Baja Secara Umum Adanya beban pada elemen struktur selalu menyebabkan terjadinya perubahan dimensional pada elemen struktur tersebut. Struktur tersebut mengalami perubahan ukuran atau bentuk atau kedua-duanya. Pada sebagian besar jenis material baja, perubahan dimensional yang terjadi dapat secara kasar dikelompokkan kedalam dua jenis, yaitu: Deformasi Elastis Apabila elemen struktur mula-mula dibebani, maka deformasi yang terjadi masih berada dalam daerah elastis. Dalam daerah ini elemen struktur tersebut masih dapat kembali pada keadaan semula apabila bebannya
dihilangkan (seperti perilaku pegas). Deformasi dalam daerah elastis 2 sangat tergantung pada besar taraf tegangan yang terjadi pada elemen struktur. Deformasi Plastis Apabila bebannya bertambah terus, maka akan terjadi deformasi yang termasuk kedalam daerah plastis. Hal ini terjadi apabila tegangan pada material sedemikian besarnya, sehingga dapat menyebabkan terjadinya perubahan permanen didalam struktur internal material. Apabila perubahan internal material ini terjadi, maka keadaan semula tidak dapat tercapai meskipun beban dihilangkan. Taraf beban atau tegangan yang diasosiasikan dengan daerah palstis selalu lebih besar daripada daerah elastis. 2. Elastisitas Cara utama dalam menjelaskan perubahan ukuran dan bentuk adalah dengan menggunakan konsep regangan () Definisi regangan: = L L L L = Perubahan panjang akibat beban = Panjang mula-mula. Perbandingan tegangan (σ) dan regangan () pada elemen struktur adalah konstan (Hukum Hooke): σ = E E = modulus elastisitas
3 Hubungan antara tegangan dan regangan pada material baja dalam daerah elastis linier seperti tergambar: σ 3. Kekuatan Material Baja Sebutan kekuatan sering digunakan sebagai acuan dalam menentukan kapasitas-pikul-beban material. Kekuatan material baja secara umum dapat digambarkan kedalam grafik hubungan tegangan-regangan Batas Proposional σ Kekuatan Batas Keruntuhan Daerah Elastis yang gambarnya diperbesar:
σ 4 Daerah Elastis Titik Leleh Tegangan ijin Batas Proposional Perilaku Daktil (Ductile). Material Baja adalah contoh klasik material daktil, yaitu material yang dapat mengalami deformasi plastis sampai keadaan sebelum putus. Sebaliknya apabila material tidak menunjukkan perilaku palstis apabila dibebani, tetapi dapat putus pada saat deformasi yang tidak benar, disebut material getas (brittle) contohnya: besi tuang. σ Baja structural (daktil) Besi tuang Beton Kayu
PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 5 Perencanaan struktur didefinisikan sebagai paduan dari seni dan ilmu, yang menggabungkan intuitif seorang insinyur berpengalaman dalam kelakuan struktur dengan pengetahuan mendalam tentang prinsip statika, dinamika, mekanika bahan dan analisa struktur, untuk mendapatkan struktur yang ekonomis dan aman serta sesuai dengan tujuan pembuatannya. 1. PRINSIP-PRINSIP PERENCANAAN Perencanaan harus memenuhi criteria yang umum untuk struktur, antara lain: Biaya minimum Berat minimum Waktu konstruksi yang minimum Tenaga kerja minimum Biaya produksi minimum bagi si pemilik gedung. Efisiensi operasi maksimum bagi sipemilik. Garis besar prosedur perencanaan adalah sebagai berikut: 1. Perancangan. Penetapan fungsi yang harus dipenuhi oleh struktur. Tetapkan criteria yang dijadikan sasaran untuk menentukan optimum atau tidaknya perencanaan yang dihasilkan 2. Konfigurasi struktur prarencana. Penetapan letak elemen agar sesuai dengan fungsi dalam langkah 1. 3. Penentuan beban yang harus dipikul. 4. Pemilihan batang prarencana 5. Analisa struktur 6. Penilaian. Apakah semua ketentuan dipenuhi dan hasilnya optimum? 7. Perencanaan ulang. Pengulangan suatu bagian dari langkah 1 sd 6 yang dipandang perlu atau dikehendaki berdasarkan penilaian diatas 8. Keputusan akhir. Penentuan optimum atau tidaknya perencanaan yang telah dilakukan.
2. PEMBEBANAN 6 1. Beban Mati Beban mati adalah beban kerja akibat grafitasi yang tetap posisinya. Yang termasuk beban mati adalah: berat sendiri struktur, perlengkapan lain yang membebani struktur dan bersifat tetap. Dalam langkah 3,4 dan 5 pada prosedur perencanaan, berat struktur atau elemen struktur harus ditaksir, penampang prarencana dipilih, berat dihitung ulang, dan pemilihan batang diubah jika perlu 2. Beban Hidup Adalah beban grafitasi pada struktur yang besar dan lokasinya bervariasi. Contoh: beban manusia, mebel (furniture), peralatan yang dapat bergerak, kendaraan dll. 3. Beban Hidup Jalan Raya Standarisasi AASHTO (Association of State Highway and Transportation) menjadi beban truk dan beban jalur standar yang mendekati beban suatu rangkaian truk. Berdasarkan jumlah gandar pertruk, pembebanan dibedakan atas dua sistim yaitu sistim H dan HS. Sistim H mempunyai dua gandar dan sistim HS mempunyai 3 gandar. 4. Beban Kejut Sembarang beban hidup yang bisa menimbulkan pengaruh dinamis harus diperbesar dengan factor kejut. (minimal 20 % dari beban hidup) 5. Beban salju 6. Beban Angin Angin menimbulkan tekanan pada sisi pihak angin (windward) dan hisapan pada sisi dibelakang angin (leeward) 7. Beban Gempa Gempa bumi menimbulkan pergerakan dalam arah mendatar atau vertical. Karena gerak mendatar mengakibatkan pengaruh paling besar, pengaruh gerak ini biasanya dipandang sebagai beban gempa
3. JENIS BATANG BAJA STRUKTURAL 7 W, profil sayap lebar S, Balok Standar Amerika C, Kanal Standar Amerika L, siku WT atau ST, T struktural Penampang pipa Boks struktural Penampang bulat dan segiempat
Plat 8 Profil yang paling banyak dipakai adalah Profil sayap lebar (wide-flange), misalnya profil W460 x 142 (tinggi 460mm berat 142 kg/m)