Baja Struktural dalam Konstruksi: Jenis, Manfaat dan Aplikasi

Dalam dunia konstruksi, baja struktural memainkan peran yang sangat penting sebagai bahan utama dalam pembangunan berbagai jenis bangunan dan infrastruktur.

Dengan kekuatan yang tinggi, daya tahan, dan fleksibilitas desain, baja struktural menjadi pilihan utama untuk memastikan keandalan dan keamanan struktur.

Artikel ini akan memberikan panduan lengkap tentang baja struktural, termasuk jenis-jenisnya, aplikasi, dan keunggulannya.

Apa Itu Baja Struktural?

Baja struktural adalah jenis baja yang dirancang khusus untuk digunakan dalam konstruksi dan bangunan karena kekuatannya yang tinggi dan kemampuannya menahan beban. Baja struktural dengan berbagai komposisi difabrikasi menjadi berbagai bentuk, termasuk beam, channel, sheet metal dan berbagai bentuk lainya.

Mengapa baja struktural menjadi salah satu bahan utama dari fabrikasi baja?

Baja struktural adalah salah satu bahan konstruksi yang terkenal karena kekuatannya, fleksibilitas, keberlanjutan (sustainability), ketersediaannya, dan biayanya yang relatif rendah.

Duktilitas baja struktural memungkinkan pembuatan desain dengan berbagai bentuk untuk memenuhi permintaan konstruksi yang spesifik.

Baja struktural menggunakan standar tertentu yang ditetapkan dan diatur oleh berbagai entitas dan lembaga pemerintah di berbagai negara. Di Indonesia, industri baja mengikuti standar ini melalui Standar Nasional Indonesia (SNI).

Diantara standar tersebut antara lain SNI 1729-2020 (spesifikasi untuk bangunan gedung baja struktural),dan SNI 07-7178-2006 (untuk baja profil WF-beam proses canai panas).

Dalam SNI 1729:2020, standar ini mencakup semua aspek perencanaan dari struktur utama hingga kerangka bangunan. Standar ini mengatur penggunaan baja mutu tinggi dan baut mutu tinggi dalam desain bangunan gedung.

SNI tersebut juga menetapkan ukuran profil yang bisa digunakan serta pedoman untuk menganalisis dinding geser, kerangka baja komposit, dan sistem momen kerangka.

SNI 07-7178-2006 mengatur spesifikasi untuk baja profil WF-beam hasil proses canai panas. Standar ini menetapkan persyaratan teknis untuk profil WF-beam yang mencakup berbagai aspek seperti dimensi, komposisi kimia, sifat mekanis, dan metode pengujian yang harus dipenuhi oleh baja profil WF-beam untuk memastikan keamanan dan kinerja strukturalnya.

Secara singkat, kerangka kerja baja dan termasuk pengelasan baja di Indonesia memerlukan kepatuhan terhadap desain, material, dan standar untuk memastikan keamanan dan kehandalan proyek konstruksi yang menggunakan baja struktural.

Baca juga: Konstruksi bukan hanya satu pekerjaan saja. Ini penjelasannya

Gambar ilustrasi: desain konstruksi jembatan

Karakteristik Baja Struktural

Baja struktural adalah material yang sangat penting dalam industri konstruksi, dikenal karena kekuatan, daya tahan, dan kemampuannya menahan beban berat. Karakteristik utama baja struktural meliputi:

• Kekuatan tarik dan tekan yang tinggi, yang memungkinkan baja ini digunakan dalam berbagai aplikasi mulai dari rangka bangunan hingga jembatan dan infrastruktur besar lainnya.
• Baja struktural memiliki daya lentur yang baik, mampu menahan deformasi tanpa patah, sehingga memberikan stabilitas dan keamanan pada struktur yang dibangun.
• Daya tahan terhadap korosi dan keausan juga menjadi salah satu keunggulan utama baja struktural, terutama ketika dilapisi dengan material seperti seng (zink) pada baja galvanis atau memiliki kandungan chromium dalam baja tahan karat (stainless steel).
• Kemampuan baja struktural untuk dibentuk dan dilas dengan mudah menjadikannya fleksibel dalam desain dan konstruksi, memungkinkan pembuatan berbagai bentuk dan profil yang sesuai dengan kebutuhan spesifik proyek.

Secara keseluruhan, baja struktural menggabungkan kekuatan, daya tahan, dan fleksibilitas, menjadikannya pilihan utama dalam konstruksi modern.

Jenis-jenis Baja Struktural yang Paling Umum

Jenis-jenis baja ini dirancang untuk memenuhi berbagai kebutuhan konstruksi, mulai dari rangka bangunan hingga komponen penopang. Mari kita telaah jenis-jenis baja struktural yang paling umum digunakan dalam industri konstruksi.

1. Baja Profil H (H-Beam):

Kolom universal, dikenal dengan nama H-Beam adalah jenis baja profil berbentuk seperti huruf ‘H’, memiliki ukuran flensa dan web yang sama. Jenis baja profil ini pada umumnya digunakan sebagai kolom utama struktur bangunan seperti kolom rangka jembatan dan bangunan bertingkat tinggi.

H-beam tersedia dalam berbagai ukuran dan dapat dipotong sesuai dengan kebutuhan konstruksi tertentu. Meskipun sering disalahartikan dengan balok universal, mereka memiliki perbedaan dan penggunaan yang berbeda. Kolom universal (H-beam) pada umumnya memiliki flensa dan web dan yang hampir sama, sedangkan balok universal (I-beam/WF beam) memiliki ukuran web yang jauh lebih besar daripada flensa-nya.

2. Balok Universal (Universal Beam)

Balok universal, juga dikenal dengan nama I-Beam, WF beam, atau Rolled Steel Joist (RSJ), umumnya digunakan sebagai girder (balokan) dalam struktur baja, tidak sedikit pula digunakan sebagai kolom (tiang bangunan) karena kemampuannya juga bagus untuk menopang beban berat.

3. TF Beam (Tapered Flange Beam)

Baja profil ini memiliki bentuk mirip dengan balok universal, dengan perbedaan utama berada pada flensa yang mengerucut. Bagian vertikal balok disebut 'web', dan bagian horizontal luarnya disebut 'flensa'.

Balok mengerucut digunakan dalam berbagai ukuran konstruksi komersial dan residensial, rekayasa, konstruksi sipil dan jembatan, infrastruktur pertambangan, dan pembangunan kereta api dan mesin.

4. T-beam (Tee Beam)

Baja profil Tee, juga disebut ‘T-beam’, ‘T-bar’, atau ‘T-section,’ adalah komponen baja struktural yang menahan beban. Baja profil ini dibuat melalui proses manufaktur khusus: hot rolling, hot extrusion, dan pengelasan pelat.

Jenis profil baja ini, dengan panjang minimal 4 meter dapat memberikan resistensi yang jauh lebih kuat daripada batang baja datar. Menggunakan baja profil Tee juga mengurangi kebutuhan untuk tulangan dan menghemat 9% hingga 20% dari tulangan yang diperlukan dibandingkan dengan batang baja datar.

T-beam juga digunakan secara estetis dalam arsitektur modern dengan banyak aplikasi, seperti pelindung bumper, perlindungan tepi, atau bahkan furnitur kayu sebagai aksen visual.

5. Kanal U (UNP)

Kanal U dikenal dengan beberapa nama seperti U channel, atau UNP. Baja profil ni mengacu pada besi baja yang berbentuk huruf U dengan bagian atas yang terbuka. UNP sering digunakan sebagai penutup dinding, rangka konstruksi, penopang atap, bracing, dan penyangga struktur lainnya.

6. Kanal C (CNP)

Kanal C, atau sering disebut C-channel atau CNP, karena memiliki bentuk menyerupai huruf C. Besi CNP digunakan untuk kanopi pagar, tiang, dinding claddding, gording atap, pagar, rangka atap bangunan, dan berbagai aplikasi lainnya.

CNP mirip dengan UNP, tapi jangan sampai salah, ada perbedaan menonjol antara CNP dan UNP dilihat dari bentuk fisiknya. UNP memiliki bentuk U terbuka sementara CNP memiliki bentuk seperti huruf C dengan ujung flensa yang melengkung. UNP lebih tebal, sedangkan CNP rata-rata tipis. Pemilihan antara keduanya biasanya tergantung pada kebutuhan spesifik aplikasi konstruksi atau struktural.

7. Baja Siku (L-Angle)

Baja siku memiliki bentuk seperti huruf L dengan sudut 90 derajat. Memiliki tiga dimensi yang diukur dalam milimeter: tinggi, lebar, dan ketebalan. Panjang standar setiap baja siku biasanya sekitar enam meter. Baja siku terbagi menjadi dua jenis, yaitu sama kaki dan tidak sama kaki. Umumnya, profil siku atau angle ini digunakan sebagai bagian dari truss, bracing, rangka kuda-kuda bangunan, balok, dan struktur ringan lainnya.

8. Baja Hollow (Hollow Structural Sections / HSS)

Baja hollow, yang juga dikenal sebagai HSS (Hollow Structural Section) adalah baja yang dibuat dalam bentuk pipa atau profil dengan bagian tengahnya berongga. Baja ini digunakan secara luas dalam konstruksi untuk membuat kolom, balok, dan struktur rangka bangunan karena kekuatannya yang baik dan kemudahan dalam penggunaannya.

9. Pelat Baja (Steel Plate)

Pelat baja adalah jenis baja struktural yang serbaguna. Pelat ini bisa dipotong dan dibentuk sesuai kebutuhan. Biasanya, pelat ini dipasang bersama dengan bagian-bagian baja lainnya untuk memperkuat struktur. Salah satu jenis yang umum adalah base plate, yang digunakan untuk mendukung beban dari kolom ke tanah di bawahnya.

Ketahui juga: Ini 8 bagian struktur baja yang harus ada

Jenis Baja yang Digunakan untuk Baja Struktural

Secara umum, baja struktural adalah baja karbon, yang berarti komposisi kimianya mengandung besi dan karbon.

Baja struktural adalah segala jenis baja dengan kandungan karbon yang mencapai hingga 2,1% dari beratnya. Kandungan karbon dalam baja ini sebanding langsung dengan kekuatan lulurnya, dikenal dengan istilah ‘yield strength’.

Namun, beberapa jenis baja berikut ini adalah yang paling umum yang digunakan untuk baja struktural:

1. Baja Karbon (Carbon Steel)

Semua baja struktural dianggap sebagai baja karbon jika tidak ada unsur paduan lain yang hadir, kandungan tembaga baja tidak melebihi 0,4% hingga 0,6%, kandungan mangan setara atau di bawah 1,6%, dan kandungan silikon tidak melebihi 0,6%.

Baja karbon dibagi menjadi tiga jenis utama berdasarkan jumlah karbon yang terkandung di dalamnya:

• Baja karbon rendah (low carbon steel): Mengandung karbon kurang dari 0,3% dari berat totalnya. Baja ini biasanya memiliki kekuatan yang cukup untuk kebanyakan aplikasi konstruksi umum dan mudah untuk diolah (dibentuk, dilas, dll.).
• Baja karbon sedang (medium carbon steel): Mengandung karbon antara 0,3% hingga 0,6%. Baja ini memiliki kekuatan yang lebih tinggi daripada baja karbon rendah dan biasanya digunakan dalam pembuatan komponen mesin yang memerlukan kekuatan dan kekerasan yang sedang.
• Baja karbon tinggi (high carbon steel): Mengandung karbon antara 0,6% hingga 1,5%. Baja ini memiliki kekerasan dan kekuatan yang sangat tinggi, namun dapat menjadi lebih rapuh dan sulit untuk diolah secara mekanis. Biasanya digunakan dalam pembuatan perkakas, pisau, dan komponen yang membutuhkan kekerasan yang tinggi.

2. Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Baja tahan karat, atau stainless steel, adalah jenis baja yang sangat dihargai karena ketahanannya terhadap korosi dan oksidasi. Ini disebabkan oleh kandungan minimal 10,5% kromium (Cr) dalam komposisinya, yang membentuk lapisan pelindung chromium oxide pada permukaannya sehingga membuatnya tahan terhadap karat.

Selain kromium, stainless steel juga biasanya mengandung nikel (Ni) dan molibdenum (Mo) untuk meningkatkan sifat tahan korosi dan mekanisnya. Stainless steel tidak hanya kuat dan tahan lama, tetapi juga memiliki tampilan estetis yang menarik, membuatnya ideal untuk aplikasi di fasad bangunan, railing, dan struktur lain yang terpapar lingkungan laut atau korosif. 

3. Baja Paduan Rendah Kekuatan Tinggi (High Strength Low Alloy Steel / HSLA)

Baja Paduan Rendah Kekuatan Tinggi (High Strength Low Alloy Steel / HSLA) adalah jenis baja yang dirancang untuk menggabungkan kekuatan yang tinggi dengan ketahanan terhadap korosi. Baja ini mengandung mangan hingga 2%, yang membantu meningkatkan kekuatannya.

Selain mangan, tergantung pada aplikasinya, HSLA juga bisa mengandung unsur-unsur seperti kromium, molibdenum, nikel, nitrogen, niobium, vanadium, dan titanium dalam jumlah kecil untuk memodifikasi sifat-sifat mekaniknya.

Baja HSLA digunakan di berbagai industri untuk aplikasi yang membutuhkan kekuatan tinggi dan tahan terhadap korosi, seperti konstruksi jembatan, kendaraan berat, dan peralatan konstruksi. Kombinasi ini menjadikan HSLA pilihan yang populer karena dapat memberikan kinerja mekanik yang baik sambil mengurangi berat struktural secara keseluruhan.

4. Baja Tempa (Forged Steel)

Baja tempa merujuk pada proses pembentukan logam (dalam hal ini, baja) saat masih dalam keadaan padat. Proses ini menghasilkan struktur butir yang seragam pada baja, sehingga meningkatkan integritasnya dengan menghilangkan rongga dan gelembung gas. Semua baja yang menjalani proses ini dinamakan Baja Tempa (Forged Steel).

Grade Baja yang Umum Digunakan

Grade baja mengacu pada sistem penamaan yang digunakan untuk mengklasifikasikan jenis dan kualitas baja berdasarkan komposisi kimianya, sifat mekaniknya, dan penggunaannya. Istilah "grade" dalam konteks ini dapat merujuk pada berbagai karakteristik yang menentukan kualitas dan kecocokan baja untuk aplikasi tertentu.

Misalnya Grade 250, yang merujuk pada pelat baja struktural dengan kekuatan menengah, biasanya digunakan untuk struktur tinggi, jembatan, dan fabrikasi umum. Meskipun sifat-sifatnya terstandarisasi, baja struktural Grade 250 dapat memiliki berbagai ketebalan, mulai dari 3 mm hingga 300 mm.

Beberapa contoh lainnya adalah Grade 350, yang umumnya lebih kuat, Grade 1045, yang dirancang untuk aplikasi panas tinggi dengan banyak bagian yang bergerak (misalnya, gear), dan Grade 500, yang biasanya digunakan dalam peralatan pertambangan karena kekuatan dan ketahanannya.

Berikut adalah beberapa contoh grade baja yang umum digunakan:

1. Grade A36:

Kelas baja ini merupakan grade baja ringan yang paling umum digunakan karena memiliki sifat mekanik yang baik, termasuk rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi. Selain A36, terdapat juga S275JR, JIS G3101 SS400, dan AISI 1018 yang biasanya juga termasuk dalam kategori baja ringan.

2. ASTM A36:

ASTM A36 adalah baja karbon rendah (low carbon steel) dengan kekuatan dan kemampuan bentuk yang baik. Baja ini biasanya digunakan dalam aplikasi struktural seperti rangka bangunan, jembatan, dan bagian mesin.

Selain ASTM A36, terdapat juga grade AISI 1045 untuk baja karbon sedang, serta ASTM A572 dan AISI 1018 untuk baja karbon rendah.

3. AISI 304:

AISI 304 merupakan grade baja tahan karat (stainless steel) yang paling umum, dikenal sebagai stainless steel 18/8 karena mengandung 18% kromium dan 8% nikel. Baja ini digunakan untuk aplikasi seperti peralatan dapur, pengolahan makanan, dan aplikasi arsitektur.

Selain AISI 304, terdapat juga grade AISI 316, AISI 430, dan AISI 410 yang digunakan untuk aplikasi kelautan, peralatan dapur, dan peralatan medis.

4. AISI 4130:

Baja paduan rendah (low alloy steel) yang mengandung kromium dan molibdenum, memiliki kekuatan dan ketangguhan yang baik. Baja ini cocok untuk aplikasi seperti komponen pesawat terbang, pipa struktural, dan komponen industri minyak dan gas.

Selain AISI 4130, terdapat juga grade AISI 4140, AISI 4340, dan ASTM A387 Grade 11 yang digunakan dalam baja paduan untuk aplikasi seperti roda gigi, poros, dan boiler.

Secara umum, grade baja mencakup informasi tentang persentase komposisi unsur-unsur logam dalam baja tersebut, seperti karbon, mangan, silikon, dan lainnya. Grade baja yang berbeda bisa memiliki kekuatan tarik, ketangguhan, kekerasan, dan sifat lainnya yang berbeda.

Kelebihan dan Kekurangan Baja Struktural

Berbagai kelebihan dari baja struktural, seperti kekuatan tinggi dan biaya rendah, adalah alasan mengapa bahan ini sangat umum digunakan dalam industri konstruksi. Meskipun terdapat beberapa kekurangan, salah satunya adalah rentan terhadap korosi, namun kelemahan tersebut dapat tertutupi dengan berbagai kelebihan-kelebihannya.

Berikut penjelasan mengenai manfaat utama dan kekurangan dari baja struktural:

Kelebihan Baja Struktural

Manfaat dan keuntungan dari baja struktural antara lain:

1. Kekuatan:

Baja struktural memiliki rasio kekuatan tinggi terhadap beratnya (strength-to-weight ratio), yang berarti baja ini sangat kuat dengan bobot yang lebih ringan. Bisa diartikan bahwa baja akan memiliki kekuatan yang jauh lebih tinggi dibandingkan material lain dengan bobot yang sama.

2. Efektivitas Biaya:

Produksi baja telah mengalami kemajuan dalam beberapa dekade terakhir, membuatnya semakin murah dan cepat untuk diproduksi. Waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi satu ton baja saat ini secara signifikan lebih singkat, sehingga biaya produksi juga akan semakin rendah..

3. Fleksibilitas Tinggi:

Berkat fleksibilitasnya, desainer dan arsitek memiliki banyak kebebasan dalam mengekspresikan seni dan kreasi melalui berbagai bentuk komponen baja struktural tanpa mengorbankan kekuatan atau properti fungsional, misalnya mendesain jembatan dengan bentuk yang menarik.

4. Keberlanjutan (sustainability):

Baja bisa didaur ulang sepenuhnya tanpa merusak sifat-sifatnya, sehingga menjadi pilihan utama dalam pembangunan. Lebih dari 90% baja struktural telah didaur ulang, menjadikannya bahan bangunan yang paling ramah lingkungan di dunia. Proses daur ulang baja juga membutuhkan sedikit pengolahan tambahan, dan jejak karbonnya semakin berkurang, terutama dalam beberapa tahun terakhir.

5. Ketahanan Terhadap Api:

Baja secara alami merupakan bahan tidak mudah terbakar, tapi akan kehilangan integritas strukturnya jika terkena panas terus menerus. ‘Temperatur Kritis (critical temperature)’ adalah istilah yang digunakan untuk menunjukkan kemampuan baja menahan beban di bawah suhu tertentu.

6. Ketahanan Terhadap Elemen-elemen Alam:

Baja juga sangat tahan terhadap elemen-elemen seperti jamur atau lumut, yang dapat mempengaruhi integritas materialnya. Meskipun korosi tetap menjadi kelemahan baja, ada langkah-langkah pencegahan yang dapat dilakukan dengan melapisi bahan tertentu, misalnya painting, tarring (pelapisan dengan gas batu bara bersuhu tinggi), galvanizing, metal spraying, casing, dan electroplating (pelapisan permukaan baja dengan cara elektrolisa partikel-partikel perak, nikel, dan sebagainya), 

Kekurangan Baja Struktural

Meski memiliki berbagai kelebihan, baja struktural juga ada kelemahannya, antara lain:

1. Rentan Terhadap Korosi:

Baja mengandung besi yang sangat rentan terhadap korosi atau yang lebih dikenal dengan karat. Ketika terbentuk, karat akan mengkonsumsi baja dan mengelupas untuk mengekspos material di bawahnya sampai baja tersebut habis terkorosi sepenuhnya. Meskipun dapat diambil langkah-langkah pencegahan terhadap korosi, namun hal ini juga akan menambah biaya.

2. Penurunan Kekuatan pada Suhu Tinggi:

Meskipun baja tahan terhadap api, suhu yang cukup tinggi akan secara perlahan mengurangi integritasnya. Oleh karena itu penggunaan baja untuk konstruksi tertentu harus sesuai dengan komposisi materialnya.

3. Buckling:

Saat berada dalam tekanan, baja mengalami apa yang disebut dengan buckling. Hal ini terjadi saat gaya menekan ke dalam struktur ramping dan menyebabkannya roboh. Ini berarti pertimbangan selama fase desain sangat penting untuk menilai gaya yang akan dialami baja struktural.

4. Fatigue (Kelelahan):

Ini merujuk pada siklus berulang tekanan/stres pada baja struktural yang akhirnya dapat menyebabkan retakan pada material. ‘Fatigue’ logam pada baja struktural juga harus dipertimbangkan selama proses desain dan rekayasa.

Aplikasi Baja Struktural

Baja struktural memiliki berbagai kegunaan yang secara umum banyak kita temui. Selain digunakan dalam fabrikasi konstruksi untuk membangun gedung tinggi, jembatan, dan infrastruktur lainnya, baja struktural juga diterapkan dalam pertambangan untuk pembuatan peralatan berat dan infrastruktur penambangan.

Di sektor energi, baja struktural digunakan dalam pembangkit listrik, pembangunan fasilitas penyimpanan energi, dan infrastruktur pipa untuk transportasi sumber daya seperti gas dan minyak.

Dalam bidang transportasi, baja struktural digunakan untuk pembuatan kendaraan darat dan laut yang membutuhkan kekuatan dan ketahanan terhadap tekanan dan beban.

Dengan berbagai kegunaan ini, baja struktural memainkan peran krusial dalam mendukung berbagai konstruksi modern..