Baja

Baja Sebagai Bahan Bangunan
 

Baja adalah suatu jenis bahan bangunan yang berdasarkan pertimbangan ekonomi,sifat, dan kekuatannya, cocok untuk pemikul beban. Oleh karena itu baja banyak dipakaisebagai bahan struktur, misalnya untuk rangka utama bangunan bertingkat sebagai kolomdan balok, sistem penyangga atap dengan bentangan panjang seperti gedung olahraga,hanggar, menara antena, jembatan, penahan tanah, fondasi tiang pancang, bangunanpelabuhan, struktur lepas pantai, dinding perkuatan pada reklamasi pantai, tangki-tangkiminyak, pipa penyaluran minyak, air, atau gas.Beberapa keunggulan baja sebagai bahan struktur dapat diuraikan sebagai berikut.Batang struktur dari baja mempunyai ukuran tampang yang lebih kecil daripada batangstruktur dengan bahan lain, karena kekuatan baja jauh lebih tinggi daripada beton maupunkayu. Kekuatan yang tinggi ini terdistribusi secara merata. The Kozai Club (1983)menyatakan kekuatan baja bervariasi dari 300 Mpa sampai 2000 Mpa. Kekuatan yangtinggi ini mengakibatkan struktur yang terbuat dari baja lebih ringan daripada strukturdengan bahan lain. Dengan demikian kebutuhan fondasi juga lebih kecil. Selain itu bajamempunyai sifat mudah dibentuk. Struktur dari baja dapat dibongkar untuk kemudiandipasang kembali, sehingga elemen struktur baja dapat dipakai berulang-ulang dalamberbagai bentuk.Fabrikasi struktur baja dapat dilakukan di bengkel-bengkel maupun pabrik denganmesin-mesin yang cukup terkendali memakai komputer, sehingga akurasi dan kecepatanproduksi yang baik dapat dicapai. Pengangkutan elemen-elemen struktur baja dari bengkelke lokasi pembangunan mudah dilakukan. Sangat jarang dijumpai kerusakan elemen strukturbaja sebagai akibat pengangkutan. Dua hal ini memberi keuntungan waktu pelaksanaanbangunan menjadi singkat. Waktu pelaksanaan yang singkat ini secara teknis sangatdiperlukan dalam pembangunan struktur lepas pantai serta pelabuhan, sedang pada bangunan gedung yang komersial dari sudut pandang ekonomi cukup menguntungkan, karenabangunan yang dibuat dapat segera menghasilkan uang.Penyambungan elemen struktur baja dapat dilakukan secara permanen memakai las,.tanpa lubang-lubang perlemahan, sehinggga kekuatan sambungan tidak banyak berubahdari kekuatan batang aslinya. Sekalipun kalau ditinjau dari tegangan residu, sebagai akibatpendinginan yang tidak bersamaan serta pengerjaan secara dingin, sebenarnya pada bajatersebut timbul tegangan residu. Pekerjaan las yang kurang baik dapat mengakibatkantegangan residu yang cukup besar yaitu sekitar 45% dari tegangan leleh baja. Hal ini berartibahwa sebelum dibebani, elemen struktur sudah mempunyai tegangan, sehingga kemam-puan untuk memikul beban menjadi berkurang.Baja sebagai bahan struktur juga mempunyai beberapa kelemahan. Salah satu kele-mahan baja adalah kemungkinan terjadinya korosi, yang memperlemah struktur, mengurangikeindahan bangunan, dan memerlukan beaya perawatan cukup besar secara periodik.Matsushima dan Tamada (1989) menyatakan bahwa pemeliharaan jembatan denganpengecatan setiap 5 tahun akan memakan biaya 10 persen dari harga bangunan. Hal iniberarti bahwa biaya 50 tahun pemeliharaan akan sama dengan biaya pembuatan jembatanbaru.Kekuatan baja sangat dipengaruhi oleh temperatur. Pada temperatur tinggi kekuatanbaja sangat rendah, sehingga pada saat terjadi kebakaran bangunan dapat runtuh sekalipuntegangan yang terjadi hanya rendah. Kendala berikutnya, karena kekuatan baja sangat tinggimaka banyak dijumpai batang-batang struktur yang langsing. Oleh karena itu bahaya tekuk (buckling) mudah terjadi.

1.2. Sifat Mekanis Baja Struktural

Agar perancangan struktur dapat optimal, sehingga hasil rancangan cukup aman tetapitidak boross, maka sifat-sifat mekanis bahan perlu dipahami dengan baik. Jika sifat-sifatbahan tersebut tidak dipahami dengan baik, hasil rancangan mungkin saja boros, atauberbahaya. Berikut ini akan dibicarakan berbagai sifat mekanis baja struktural.

1.2.1. Hubungan Antara Tegangan dan Regangan

Untuk memahami sifat-sifat baja struktural,kiranya perlu dipahami diagram tegangan-regangan. Diagram ini menyajikan beberapa informasi penting tentang baja struktural dalamberbagai tegangan. Cara perancangan struktur baja yang memuaskan baru dapat dikem-bangkan setelah hubungan antara tegangan dan regangan dipahami dengan baik. Untuk pembuatan diagram tegangan-regangan perlu diadakan pengujian spesimen bahan. Agar adapersamaan persepsi dikalangan perencana bangunan, maka bentuk spesimen, ukuran, sertaprosedur pengujian harus didasarkan pada suatu peraturan/standar, misalnya PUBI, ASTM,British Standard, ISO, Euro Standard, JIS, dan sebagainya.Pengujian kuat tarik spesimen baja dapat dilakukan dengan

universal testing machine

 (UTM). Adapun bentuk spesimen untuk uji tarik dapat dilihat pada Gambar 1.1. Denganmesin itu spesimen ditarik dengan gaya yang berubah-ubah,dari nol diperbesar sedikit demisedikit sampai spesimen putus. Pada saat spesimen ditarik, besar gaya atau tegangan danperubahan panjang spesimen atau regangan dimonitor terus-menerus. Untuk mesin yangmutakhir, biasanya mesin itu diperlengkapi dengan komputer yang dapat mencatat hasilmonitoring dengan baik. Data yang terkumpul selanjutnya dapat ditampilkan dalam bentuk diagram yang dapat dilihat pada monitor. Diagram ini dapat diatur formatnya sesuai kebu-tuhan, untuk dicetak pada kertas pakai printer  atau plotter dan datanya dapat disimpan didalam disk.

Spesimen baja uji tarik dan  Diagram tegangan-regangan baja

1.3. Sifat Metalurgi Baja

Baja yang biasa dipakai untuk struktur rangka ( frame) bangunan adalah baja karbon(carbon steel) dengan kuat tarik sekitar 400 Mpa, sedang baja dengan kuat tarik lebih dari500 MPa sampai 1000 MPa disebut dengan baja kekuatan tinggi (high strength steel). Bajakekuatan tinggi dengan kekuatan 500—600 MPa dibuat dengan paduan yang tepat ke dalambaja. Baja kekuatan tinggi dengan kuat tarik 600 MPa atau lebih, dibuat dengan bahanpaduan disertai perlakuan panas (heat treatment ).Dalam banyak hal, fabrikasi struktur baja dilakukan dengan las, agar tidak terjadiperlemahan akibat lubang baut. Oleh karena itu baja struktural tidak hanya dituntutberkekuatan tinggi, tetapi juga harus dapat dilas. Sayangnya semakin tinggi kekuatan baja,semakin sulit pengelasan dilakukan.Beberapa pengaruh komponen baja terhadap sifat mekanis dan kemudahan penge-lasan dapat diuraikan sebagai berikut:a. Karbon (C) adalah komponen kimia pokok yang menentukan sifat baja. Semakin tinggikadar karbon di dalam baja, semakin tinggi kuat tarik serta tegangan leleh, tetapi koefisienmuai bahan turun, dan baja semaikn getas. Karbon mempunyai pengaruh yang palingdominan terhadap sifat mampu las. Semakin tinggi kadar karbon menjadikan sifat mampulas turun.b. Mangan (Mn) menaikkan kekuatan dan kekerasan baja dan sedikit menurunkan koefisienmuai bahan, dan melawan terhadap kegetasan yang ditimbulkan oleh sulfur.c. Silikon (Si) meningkatkan tegangan leleh, tetapi mengakibatkan kegetasan jika kadarterlalu tinggi (2% atau lebih).d. Pospor (P) dan sulfur (S) meningkatkan kegetasan baja sesuai dengan peningkatankadarnya. Keduanya cenderung memisah keluar (segregate) dari baja.Faktor utama pada kemudahan pengelasan adalah nilai ekivalensi karbon Ceq

darikomponen kimia dalam baja. Baja berkekuatan tinggi cenderung mempunyai nilai ekivalensikarbon tinggi. Jika Ceq melampaui batas tertentu (Ceq=0,39—0,43), merosotnya sifat mampulas dapat diatasi dengan pra pemanasan pada daerah yang akan dilas. Ekivalensi karbondapat dihitung dengan persaaan berikut, dengan satuan persen berat:Ceq

1.4. Fabrikas

1.4.1. Proses Produksi Baja.

Baja dan besi cor merupakan perpaduan antara Fe dan C, dengan rumus kimia Fe3C.Teoritis kandungan C pada baja dan besi cor adalah 6,67%, tetapi dalam praktek kaaandungan C pada baja sebanyak 0,06—2 %, pada besi cor 2—5 %, sedang pada besimurni maksimal 0,06 %.Baja diproduksi dengan cara melebur biji besi yang diperoleh dari tambang dalamtanur tinggi atau melebur kembali baja scraps dalam tanur pengolahan baja dengan bahandasar biji besi atau besi tua ditambah arang kayu, kokas, oksigen dan bahan imbuh diolahdalam tanur temperatur tinggi. Arang kayu akan bertindak sebagai bahan bakar dan sekaligusbahan reduksi, sesudah bereaksi dengan udara panas yang dihembuskan lewat pemanas udara. Disini pemanasan diperoleh dengan pembakaran gas buang dari tanur. Hasil keluaran dari tanur berupa massa-massa besi mentah dalam ukuran besar yang disebut  pigs dan pigirons. Besi mentah ini masih kotor dan mengandung karbon yang berlebihan. Kotoran dankelebihan karbon ini dihilangkan dengan cara menghaluskan besi tersebut. Untuk memper-oleh mutu tinggi yang berkaitan dengan kekuatan, keliatan, sifat mampu las, dan ketahananterhadap karat, perlu ditambahkan elemen-elemen paduan. Beberapa elemen paduan iniantara lain adalah tembaga, nikel, krom, mangan, molibden, pospor, silikon, belerang, titan,columbium, dan vanadium. Pengolahan di dalam tanur ini menghasilkan ingot baja.

Gambar 1.19. Proses fabrikasi baja

Saat produksi baja dengan tanur oksigen dasar (basic oxygen furnace), tanur hearthterbuka (open hearth furnace) dan tanur elektrik, terbentuk inklusi oksida, silikat, sulfidaalumina. Inklusi dapat dihindari dengan mengolah bahan mentah dalam tanur. Bahan mentahdilebur dalam ruang vakum. Gas-gas terlarut naik dan mengapung pada permukaan logamcair dan akhirnya masuk ke ruang vakum dalam tanur. Proses fabrikasi baja dapat dilihatpada Gambar 1.19

1.4.2. Bentuk Tampang Baja

Baja struktural diproduksi dalamberbagai bentuk seperti terlihat pada Gambar 1.20.Bentuk umum

1.5.Korosi dan Cara Pencegahannya

Teori tentang terjadinya korosi dapat diuraikan sebagai berikut. Dalam proses pembu-atan baja, oksigen dipisahkan dari bijih besi secara paksa. Oleh karena itu secara alami, adasuatu kecenderungan baja berusaha kembali mencapai bentuk yang lebih stabil yaitu oksidabesi (karat). Perubahan bentuk dari logam menjadi oksida dalam lingkungan yang induktif dinamakan korosi.Jika pada permukaan bajagilas terdapat air yang mengandung oksigen, maka akanterjadi reaksi yang mengubah bijih besi yang mempunyai potensi korosi rendah menjadiferro hidroksida yang larut dalam air. Larutan ini bercampur dengan oksigen yang ada didalam air menghasilkan ferri hidroksida (karat). Reaksi ini terulang seiring denganperkembangan korosi. Keadaan lingkungan dengan kombinasi air dan oksigen yang berubah-ubah, mempengaruhi kecepatan dan perkembangan korosi. Jika tidak terdapat oksigen danair, maka proses korosi tidak akan berjalan.Mengingat korosi dapat menimbulkan kerugian yang besar, maka upaya harusdilakukan untuk mencegah proses korosi pada elemen-elemen struktur. Banyak riset telahdilakukan untuk hal tersebut, beberapa metoda pencegahan korosi telah dikembangkan untuk mengengatasi permasalahan korosi. Sebagai contoh dapat disebutkan beberapa metodeberikut ini:1.5.1.

Metoda pencegahan korosi primair

.Biasanya metoda ini cukup mahal, yaitu dengan cara menambahkan elemen logamtertentu untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, sebagai contoh

stainless steel dan weathering steel.1.5.2.

Metoda pencegahan korosi sekunder,

Pencegahan korosi sekunder dapat dilakukan dengan cara:

(1)Coating, dilakukan untuk mengisolasi permukaan baja terhadap air yang mengandungoksigen. Hal ini dapat dilakukan dengan beberapa cara. Perlindungan sementara dapatdilakukan dengan minyak atau paslin. Cara lain adalah dengan pengecatan yang perludilakukan secara periodik. Perlindungan yang lebih permanen dapat dilakukan denganlapisan logam lain, seperti zink, timah, atau tembaga, dengan cara disepuh Perlindunganterhadap korosi ini juga dapat dilakukan dengan cara lining dengan karet, plastik, atauporselin.

(2) Electric protection, dilakukan jika pencegahan korosi sangat diperlukan mengingatelemen struktur itu tidak dapat direparasi, sebagai contoh adalah tiang pancang. Dalamhal ini pencegahan dapat dilakukan dengan perlindungan katodik (cathodic protection).  

            Dua pertiga wilayah Indonesia terdiri atas lautan, mempunyai iklim tropis dengankelembaban yang relatif tinggi, sehingga lingkungan ini sangat korosif. Lingkungan yangsangat korosif ini akan semakin agresif jika terdapat senyawa-senyawa polutan yang berasaldari industri seperti belerang dioksida, chlorida, sulfat, debu, dan lain sebagainya. Senyawa-senyawa tersebut akan mempercepat laju korosi logam di udara, termasuk laju korosikomponen bangunan yang terbuat dari baja atau metal. Berikut ini akan diuraikan beberapafaktor yang ikut berperan pada proses korosi

1.5.3. Pengaruh Suhu Udara

Perbedaan suhu udara antara siang dan malam di Indonesia yang beriklim tropiscukup besar, berkisar antara 5—15oC. Suhu pada siang hari cukup tinggi sekitar 30oC,tetapi pada malam hari suhu udara turun menjadi sekitar 20oC, sehingga uap air di udaraakan terkondensasi melekat pada permukaan bahan penutup atap dan dinding baja,membentuk lapisan air yang bertindak sebagai elektrolit.Suhu udara yang tinggi akan meningkatkan laju korosi yang cukup berarti.Diperkirakan kenaikan suhu 10oC akan meningkatkan laju korosi dua kali lipat.1.5.4.

Pengaruh Kelembaban Relatif Udara

Pada siang hari, saat suhu udara tinggi, derajat kelembaban relatif udara rendah. Padamalam hari, saat suhu udara rendah, derajat kelembaban relatif udara tinggi. Dengandemikian terlihat bahwa derajat kelembaban relatif udara sangat dipengaruhi oleh suhuudara.Pada derajat kelembaban relatif udara rendah molekul-molekul air yang teradsorbsitidak cukup untuk membentuk lapisan air yang dapat bertindak sebagai elektrolit, padakeadaan ini bahan penutup atap dan dinding baja tidak terkorosi. Pada derajat kelembabanudara relatif di atas harga kritis (70%) kebasahan udara akan berpengaruh terhadap lajukorosi bahan penutup atap dan dinding baja. Sedang pada derajat kelembaban relatif udarabernilai 80% baja akan mulai terkorosi. Dengan kata lain baja mempunyai derajatkelembaban relatif kritis sebesar 80%.Polutan agresif di udara akan menurunkan derajat kelembaban kritis baja. Misalnyakandungan polutan 0,01% gas SO2

di udara menjadikan derajat kelembaban kritis baja turunmenjadi 60%. Di atas nilai ini laju korosi baja akan naik secara menyolok.

1.5.5. Pengaruh Arah Kecepatan Angin

Di daerah pantai dan daerah industri, angin membawa polutan-polutan agresif yangberasal dari percikan garam yang berasal dari laut dan hasil buangan industri. Polutan-polutan tersebut yang terbawa oleh angin akan kontak dengan permukaan bahan penutupatap dan dinding baja. Oleh karena itu arah dan kecepatan angin di daerah pantai dan daerahindustri akan mempengaruhi laju korosi pada bahan penutup atap dan dinding baja yangdigunakan pada bangunan-bangunan di daerah tersebut.

1.5.6. Pengaruh Curah Hujan

Air hujan melarutkan oksigen dan polutan-polutan yang berbentuk padat maupun gas,sehingga karak-teristik air hujan tergantung dari jenis polutan yang terlarut. Ada air hujanyang jatuh pada permukaan atap atau dinding baja yang akan membentuk suatu lapisanelektrolit.

Daya hantar lapisan elektrolit akan naik karena polutan-polutan agresif yang terlarutdalam air hujan tersebut, sehingga laju korosi bahan penutup atap dan dinding baja akannaik, terutama pada daerah-daerah genangan air, tempat garam terlarut akan terakumulasi.

1.5.7. Derajat Polusi Udara

Udara yang tercemar oleh beberapa senyawa dari hasil pembakaran atau buanganindustri akan mempercepat laju korosi bahan penutup atap dan dinding dari baja, yangdigunakan pada bangunan di daerah tersebut.Beberapa materi pencemar seperti asap, pasir, gas SO2, H2S, dan NH3 akan berperanbanyak pada proses korosi bahan penutup atap dan dinding dari baja yang dilapisi olehpartikel-partikel padat yang mengandung sulfat atau chlorida pada kelembaban tinggi atauadanya air hujan akan membentuk lapisan elektrolit yang aktif dan sangat agresif.Polutan lain yang mempercepat korosi bahan penutup atap dan dinding baja adalahCO2. Di daerah industri atau daerah padat kendaraan bermotor, gas ini merupakan hasilpembakaran bahan bakar yang mengandung belerang.

1.5.8. Percikan Air Garam Yang Berasal Dari Laut

Air garam yang berasal dari laut mengandung ion chlorida yang sangat agresif terhadap korosi logam di lingkungan udara. Percikan air garam yang berasal dari ombak lautberbentuk partikel halus yang terbawa angin akan melekat pada permukaan penutup atap dandinding baja.

1.5.9. Pipa Penyaluran Air Terpendam

Pengaliran air, minyak, dan gas seringkali memakai pipa baja yang ditanam di dalamtanah. Korosi pada pipa-pipa pengaliran ini dapat disebabkan oleh beberapa hal berikut ini.

a.Korosi sel makro terjadi jika sel makro terbentuk sebagai akibat perbedaan potensiallokal, misalnya pipa panjang melewati beberapa lingkungan yang berbeda, atau bahanpipa bermacam-macam. Korosi sel makro akibat perbedaan lingkungan terutamadisebabkan oleh perbedaan kandungan oksigen di dalam tanah. Sebagai contoh, pipatertanam melewati pasir dan lempung (Gambar 1.21). Kandungan udara pada lempungrendah sehingga kadar oksigen juga rendah, sedang pada pasir terjadi kebalikannya.Perbedaan kadar oksigen ini dapat mengakibatkan perbedaan potensi sampai 150 mV,dengan anoda pada daerah lempung. Korosi paling parah terjadi pada perbatasan.Menurut Okimoto, jika pipa tidak diisolasi terhadap lingkungan, laju korosi dapatmencapai 0,4 mm per tahun.Korosi sel makro dapat juga terjadi pada pipa yang sebagian berada di atas muka airtanah, sedang sebagian lagi berada di bawah muka air tanah (Gambar 1.22). Pada kasusini konsentrasi oksigen di bawah muka air tanah rendah, sehingga bagian ini menjadianoda. Perbedaan potensial dapat mencapai 170 mV. Korosi terjadi sekitar muka airtanah, dengan laju kortosi sekitar 0,47 mm per tahun.

Perbedaan derajat pH lingkungan juga dapat mengakibatkan korosi sel makro. Sebagaicontoh pipa yang terpasang melewati tanah menembus beton terus ke tanah lagi (Gambar1.23), dengan perbedaan potensial sekitar 320 mV.Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas tentang potensial beberapa macam logampada mortel semen, maka disajikan Tabel.2 berdasarakan uraian Okamoto. Sebagai contoh pemakaian dua bahan yang saling tidak cocok, sehingga mengakibatkanterjadinya korosi yaitu pemasangan katup tembaga pada pipa baja. Contoh lain yang seringkurang diperhatikan adalah pemakaian pipa hitam tanpa lapis pelindung, atau penyambunganpipa lama dengan pipa baru. Pipa baru cenderung menjadi anoda, sehingga pipa baru dapat mulai berkarat lebih cepat dari yang diperkirakan. Perhatian khusus perlu diberikan agar pipabaja baru jangan sampai disambung dengan pipa lama yang terbuat dari baja tuang denganlapisan graphit.

TeTerimakasih Sedikit Banyak Dari Saya 

Salam Negoro Rusak.