TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Portal Baja
Struktur baja dibagi atas tiga kategori umum : (a) struktur rangka (framed structure) yang elemennya bisa terdiri dari batang tarik, kolom, balok, dan batang yang mengalami gabungan lenturan dan beban aksial; (b) struktur selaput (shell) yang tegangan aksialnya dominan; dan (c) struktur gantung (suspension), yang sistem pendukung utamanya mengalami tarikan aksial yang dominan. Salmon & Jhonson (1986, h 17).
2.2.1 Sifat - Sifat Mekanis Baja
Pengujian yang paling efektif untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik baja adalah pengujian tarik. Karena pengujian tekan terhadap baja akan memberikan hasil yang kurang akurat karena disebabkan akan terjadinya tekuk pada baja sehingga terjadi ketidakstabilan dari baja. Perhitungan regangan baja juga lebih mudah dilakukan untuk uji tarik daripada uji tekan. Berikut beberapa sifat mekanis baja :
a. Elastisitas
Elastisitas merupakan kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula. Jika beban dibawah batas titik leleh baja yang diberikan kemudian dihilangkan maka baja akan kembali pada dimensinya sebelum di berikan pembebanan atau dikatakan baja tersebut masih bersifat elastis.
14
b. Daktilitas
Daktilitas merupakan sifat material yang memungkinkan adanya deformasi yang besar tanpa mengalami kehancuran akibat tegangan tarik.Sifat ini yang menjadi kelebihan baja karena tidak dapat runtuh secara tiba-tiba.Namun untuk kondisi tertentu akibat berbagai faktor baja dapat bersifat getas dimana baja tidak mengalami deformasi plastis, melainkan putus pada saat deformasi tidak benar.
c. Keliatan (toughness) dan Kekenyalan (resilience)
Kekenyalan berhubungan dengan penyerapan energi elastis suatu bahan. Kekenyalan adalah jumlah energi elastis yang dapat diserap oleh satu satuan volume bahan yang dibebani tarikan; besarnya sama dengan luas bidang di bawah diagram tegangan regangan sampai tegangan leleh.
Keliatan berhubungan dengan energi total, baik elastis maupun inelastis, yang dapat diserap oleh suatu satuan volume bahan sebelum patah.Salmon & Jhonson (1986, h 42).
d. Kekuatan lelah (fatigue)
Baja dapat mengalami keruntuhan saat dilakukan pembeban dan penghilangan beban secara berulang-ulang walaupun beban diberikan berada di bawah titik leleh nya.Hal tersebut dikarenakan baja berada pada keadaan fatigue.Kekuatan lelah dipengaruhi oleh daktilitas dan tegangan multiaksial pada baja.
2.2.2 Hubungan Tegangan-Regangan Baja
Diagram tegangan-regangan menampilkan informasi yang penting untuk dapat memahami bagaimana perilaku baja terhadap kondisi yang diberikan padanya. Jika suatu struktur baja yang daktil diberikan gaya tarik, baja akan mulai memanjang. Jika gaya tarik yang diberikan konstan pertambahan panjang juga akan meningkat linear dalam batas tertentu.
15
Tegangan terbesar yang dapat dipikul baja tanpa mengalami deformasi permanen disebut sebagai batas elastis. Tegangan dimana terjadi regangan besar yang signifikan tanpa adanya peningkatan tegangan disebut sebagai titik leleh. Hubungan antara tegangan dan regangan untuk baja di tunjukkan pada grafik berikut :
Gambar 2.3 Kurva hubungan tegangan-regangan
Keterangan :
fp : batas proporsional fe : batas elastis
fyu, fy : tegangan leleh atas dan bawah fu : tegangan putus
ɛsh : regangan saat mulai terjadi efek strain-hardening
ɛu : regangan saat tercapainya tegangan putus
Titik ini membagi kurva tegangan – regangan menjadi beberapa daerah sebagai berikut :
1) Daerah linear antara 0 dan fp, dalam daerah ini berlaku Hukum Hooke, kemiringan dari bagian kurva yang lurus ini disebut sebagai Modulus Elastisitas atau Modulus Young, E(= f/ɛ)
2) Daerah elastis antara ) dan fe, pada daerah ini jika beban dihilangkan maka benda uji akan kembali ke bentuk semula atau dikatakan bahwa benda uji tersebut masih bersifat elastis.
16
3) Daerah plastis yang dibatasi oleh regangan antara 2% hingga 1,2-1,5%, pada bagian ini regangan mengalami kenaikan akibat tegangan konstan sebesar fy. Daerah ini menunjukkan daktilitas dari material baja. 4) Daerah penguatan regangan (strain-hardening) antara ɛsh dan ɛu. Untuk
regangan > 15 hingga 20 kali regangan elastis maksimum, tegangan kembali mengalami kenaikan namun dengan kemiringanyang lebih kecil daripada kemiringan daerah elastis, daerah regangan ini berlanjut hingga mencapai tegangan putus. Kemiringan daerah ini dinamakan modulus penguatan regangan (Eu).
2.2.3 Kelebihandan Kekurangan Baja Sebagai Bahan Stuktur
Dalam pemilihannya sebagai bahan struktur, baja memiliki beberapa kelebihan dibandingkan bahan struktur lain seperti beton, yaitu :
1. Baja merupakan material yang berkekuatan tinggi. Kekuatan per volumenya lebiih tinggi dibandingkan dengan material lain. Sehingga berat struktur lebih ringan dan diperoleh keleluasaan dalam kebutuhan ruang. Fakta inipenting untuk bangunan seperti jembatan dengan bentang panjang, bangunan gesung tinggi, dan struktur diatas pondasi yang lemah.
2. Baja lebih mudah dipasang karena baja merupakan produk pabrikan yang pada saat pemasangan nya dilapangan hanya tinggal menyambung komponen-komponennya.
3. Efisiensi waktu lebih tinggi dalam pemasangan atau pembangunan strukturnya.
4. Baja merupakan produksi pabrik sehingga di dapat keseragaman dalam mutu nya. Berbeda dengan beton yang mutunya dapat berbeda karena pengaruh berbagai faktor saat pengecoran dilakukan.
5. Baja umumnya bersifat daktil sehingga keruntuhan tiba-tiba dapat dihindari.
6. Baja dapat dibongkar kembali apabila bangunan bersifat sementara sehingga dapat digunakan kembali.
17
Kekurangan Baja
Berikut merupakan kelemahan baja sebagai bahan struktur.
1. Baja perlu diberikan perlindungan tambahan agar tahan terhadap api. 2. Baja rentan terhadap korosi.
3. Biaya pemeliharaannya lebih mahal.
4. Dibutuhkan tenaga kerja yang memiliki pengetahuan lebih khusus bila dibandingkan dengan pembuatan beton.
5. Baja mampu menahan tekukan pada batang-batang langsing, tetapi tidak dapat mencegah terjadinya pergeseran horizontal.
2.2.4 Kolom baja
Tipe kegagalan pada elemen kolom baja dibagi menjadi :
1. Tekuk lentur disebut juga tekuk Euler adalah peristiwa menekuknya batang tekan ke arah sumbu lemah saat mencapai kondisi tidak stabil. 2. Tekuk lokal, yaitu ketika suatu batang mengalami tekuk di beberapa
bagian penampang tertentu akibat rasio lebar terhadap tebal yang terlalu besar.
3. Tekuk torsi, tekuk ini terjadi pada kolom dengan tipe penampang tertentu, seperti siku ganda dan profil T, tekuk torsi membuat penampang batang tekan terputar atau terpuntir.
Kolom ideal yang memenuhi persamaan Euler, harus memenuhi anggapan berikut 1. Kurva hubungan tegangan-regangan tekan yang sama diseluruh
penampang
2. Tak ada tegangan sisa
3. Kolom benar-benar lurus dan prismatis
4. Beban bekerja pada titik berat penampang, sehingga batang melentur 5. Kondisi tumpuan harus ditentukan secara pasti
6. Berlakunya teori lendutan kecil 7. Tak ada puntiran pada penampang
Bila asumsi-asumsi diatas dipenuhi maka kekuatan kolom dapat ditentukan berdasarkan :
18 ���= �2��
(��/�)2.�� =� �
Keterangan : �� : tangen modulus elastisitas pada tegangan �� : luas kotor penampang batang
��/� : angka kelangsingan efektif � : faktor panjang efektif � : jari-jari girasi
� : panjang bentang 2.2.5 Tipe penampang baja
Tipe penampang untuk batang tarik dan batang tekan secara umum sama, yang membedakan adalah kekuatan batang tekan bervariasi dalam hubungan perbandingannya dengan rasio kelangsingan. Berikut jenis-jenis penampang baja yang umum digunakan.
Gambar 2.4 Tipe penampang batang tekan
Baja siku banyak digunakan untuk bracing dan batang tekan untuk struktur light truss.Terdapat 2 macam bentuk profil baja berdasarkan cara pembuatannya, yaitu :
a. Hot rolled shapes: Profil baja yang dibentuk dalam kondisi panas dengan cara blok-blok baja yang panas diproses melalui rol-rol dalam pabrik. Hot rolled shapes ini mengandung tegangan residu (residual stress).
19
b. Cold formed shapes : Profil yang dibentuk pada kondisi sudah dingin, yaitu dengan membentuk pelat-pelat yang sudah jadi menjadi baja dalam temperatur atmosfer.