MODUL PRAKTIKUM BAJA
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
1.2 Tujuan Praktikum
1. Menentukan hubungan tegangan (σ) dan regangan (ε)
2. Menentukan tegangan leleh baja (σy)
3. Menentukan tegangan tarik baja (σu)
4. Menentukan perpanjangan dan pengurangan luas area penampang
5. Menentukan modulus elastis baja
6. Menentukan tegangan runtuh baja
1.3 Dasar Teori
1.3.1 Definisi Baja dan Unsur Pembentuknya
Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan beberapa elemen lainnya (Ferrous alloy). Kandungan unsur karbon (C) dalam baja bervariasi dari kurang dari 0,25 % hingga 1,4 %. Kandungan dari Karbon tersebut nantinya akan menentukan jenis dari baja seperti low carbon steel hingga high carbon steel, Elemen berikut ini selalu ada dalam baja yaitu karbon, mangan, fosfor, sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium. Selain itu, ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa jenis baja diantaranya: mangan, nikel, krom, molybdenum, boron, titanium, vanadium dan niobium. Karbon meupakan unsur pembentuk baja yang paling utama, Elemen ini berfungsi untuk meningkatkan kekuatan, kekerasan, dan ketahanan baja terhadap abrasi. Namun kekurangan dari elemen ini yaitu, menurunkan daktilitas, toughness, daya impak, dan kemudahan baja untuk dibentuk (machinability).
1.3.2 Kelebihan dan Kekurangan Baja sebagai Material Struktur
Berikut merupakan kelebihan dari material baja,1. Homogenitas tinggi. Homogen disini maksudnya baja memiliki kekuatan yang merata disetiap titiknya.
2. Baja mempunyai kekuatan yang tinggi meski berukuran lebih ringkas daripada beton. Hal ini dapat mengurangi ukuran struktur dan beban struktur itu sendiri. 3. Bersifat elastis. Baja merupakan material yang dapat berperilaku elastis sampai
4. Daktilitas baja cukup tinggi. Selain mampu menahan tegangan tarik yang cukup tinggi, baja juga akan mengalami regangan tarik yang cukup besar sebelum runtuh.
5. Kemudahan pemasangan dan pengerjaan. Penampang baja bisa dibentuk sesuai yang dibutuhkan. Penyambungan antar elemen pada struktur baja juga mudah, hanya tinggal memasangkan baut atau bisa menggunakan las, sehingga akan mempercepat kegiatan proyek.
Namun, dibalik kelebihannya, baja tetap memiliki kekurangan yang dapat menjadi pertimbangan dalam penggunaannya sebagai struktur bangunan, yaitu:
1. Pemeliharaan rutin. Baja membutuhkan pemeliharaan khusus agar mutunya tidak berkurang. Konstruksi baja yang berhubungan langsung dengan udara atau air harus dicat secara periodik.
2. Baja akan mengalami penurunan mutu secara drastis bahkan kerusakan langsung karena temperatur tinggi. Misalnya saat terjadi kebakaran.
3. Kekuatan baja akan menurun jika mendapat beban siklis
4. Baja tidak tahan terhadap gaya tekan, sehingga akan mudah terjadi buckling
(tekuk) bila diberi tekanan
5. Baja akan kehilangan daktilitasnya dan keruntuhan getas pada tempat dengan konsentrasi tegangan tinggi
1.3.3 Sifat Mekanik Baja
Sifat mekanis pada baja meliputi:
1. Kekuatan Baja.
Sifat penting pada baja adalah kuat tarik. Pada saat baja diberi beban, maka baja akan cenderung mengalami deformasi/perubahan bentuk. Perubahan bentuk ini akan menimbulkan regangan/strain, yaitu sebesar terjadinya deformasi tiap satuan panjangnya
2. Daktilitas dan Kegetasan
3. Kekerasan Baja (Hardness)
Kekerasan baja adalah ketahanan baja terhadap indentasi, indentasi adalah penurunan akibat deformasi plastis pada baja setelah sebuah gayayang dikerjakan pada benda yang sangat keras (intender). Cara ujinya dengan kekerasan Brinell, Rockwell, ultrasonic, dll
4. Resilience dan Tensile Toughness
Resilience dan Toughness merupakan jumlah energi yang dapat diserap oleh baja saat terjadi deformasi. Resilience menyatakan jumlah energy dalam kondisi elastis, sedangkan toughness dalam kondisi plastis. Semakin kecil energi yang diserap oleh baja, maka baja tersebut makin rapuh
5. Kekuatan Impak
Kekuatan impak menyatakan ketahanan bahan terhadap terjadinya fraktur yang tiba – tiba akibat dari retak kecil atau konsentrasi tegangan. Beberapa jenis pengujian untuk kekuatan impak yaitu Charvy V-Notch dan Izod.
1.3.4 Grafik Tegangan Regangan
Hubungan dari tegangan dan regangan dapat dilihat mellaui grafik dibawah,
1. Tegangan (σ)
Tegangan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya (P) yang bekerja pada benda dengan luas penampangnya (A). Rumus dari tegangan yaitu,
σ
=
P
A
2. Regangan (
ε
)
Regangan didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang (ΔL) dengan panjang awalnya (L0). Pertambahan panjang ini tidak hanya terjadi pada ujungnya saja, tetapi pada setiap bagian batang yang terentang dengan perbandingan yang sama. Rumus dari regangan yaitu,
ε
=
∆ L
L
o3. Modulus Elastisitas (Modulus Young)
Modulus Elastisitas (E) didefinisikan sebagai besaran karakteristik dari suatu bahan yang dinyatakan dengan perbandingan antara tegangan, dengan regangan suatu bahan selama gaya yang bekerja tidak melampaui batas elastisitasnya (Hukum Hooke). Pada grafik modulus elastisitas merupakan kemiringan dari garis (gradien) saat masih dalam kondisi elastis. Pada kasus tertentu, jika data yang diketahui dari suatu uji tarik merupakan tegangan dan regangan dari baja itu sendiri maka nilai E dapat dicari dengan rumus,
E
=
Δσ
Δε
4. Tegangan Leleh
Tegangan leleh (yield stress/yield strength) adalah nilai tegangan yang merupakan batas dari kondisi elastis (berlakunya Hukum Hooke). Jika batas tersebut dilewati maka deformasi yang terjadi akan bersifat permanen. Rumus dari tegangan leleh yaitu,
σ
y=
P
y5. Kuat Tarik
Kuat tarik (tensile strength, ultimate tensile strength) adalah tegangan maksimum yang bisa ditahan oleh sebuah bahan ketika diregangkan atau ditarik, sebelum bahan tersebut failure. Rumus dari kuat tarik yaitu,
σ
max=
P
maxA
6. Daktilitas dan Kegetasan
Daktilitas merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik, sedangkan Getas/Brittle merupakan failure pada bahan akibat deformasi plastis yang kecil. Daktilitas dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara regangan tarik per regangan leleh. Sehingga dapat dirumuskan,
Daktilitas=εtarik
εleleh
8. Regangan Leleh
Merupakan regangan batas antara daerah elastis dan daerah plastis. Regangan leleh terjadi pada saat tegangan leleh terjadi
9. Regangan Ultimate
Merupakan regangan batas antara daerah strain hardening dan daerah
necking. Regangan ultimate terjadi pada saat tegangan ultimate terjadi 10. Daerah Plateau
Daerah plateau merupakan Daerah berbentuk garis datar setelah awal kelelehan terjadi. Pada zona ini dengan pertambahan tegangan yang sedikit, dapat menyebabkan regangan yang besar terhadap bahan.
11. Daerah Elastis
Merupakan daerah yang memnunjukkan regangan dan tegangan masih memiliki hubungan linier. Artinya Hukum Hooke berlaku pada daerah ini. 12. Daerah Plastis
13. Daerah Strain Hardening
Merupakan daerah yang menunjukkan adanya resistensi dari bahan, artinya setelah bahan melewati daerah plateau, maka terjadi peningkatan tegangan.
14. Daerah Necking
Merupakan daerah yang menunjukkan terjadinya pengurangan luas penampang sebelum failure terjadi. Necking dimulai
bertepatan dengan terjaidnya kuat tarik
