bahan bangunan 1

MODUL 1

KELOMPOK DAN SIFAT DASAR BAHAN BANGUNAN

Kegiatan Belajar 1

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah akhir pelajaran diharapkan siswa:

-      Mampu menjelaskan pengelompokan bahan bangunan

-      Mampu menjelaskan sifat-sifat bahan bangunan

1.1.      Pendahuluan

Suatu bahan akan bermanfaat bila bahan tersebut memiliki sifat yang cocok untuk penggunaan/pemakaian tertentu. Kemampuan suatu bahan dapat diperkirakan bila sifat-sifat bahan tersebut sudah diketahui.

Pada umumnya bahan memiliki 4 sifat dasar yaitu : sifat mekanis, sifat termal, sifat listrik dan sifat kimia. Keempat sifat tersebut sangat bergantung pada struktur dan atau susunan bahan pembentuknya.

Suatu bahan terbentuk oleh 3 unsur dasar alamiah yaitu : atom, ion dan molekul. Unsur dasar tersebut terikat satu sama lainnya karena ikatan kimia.

Terdapat ±100 macam zat kimia yang masing-masing tidak dapat dipecah menjadi zat lain, yang disebut ”unsur dasar”. Unsur-unsur kimia tersebut adalah :

Oksigen         : 49,7 %        Natrium          : 2,3 %

Silicon            : 26,0 %        Kalium           : 2,3 %

Aluminium      : 7, 3 %         Magnesium     : 2,1 %

Besi               : 4,1 %          Lainnya          : 2,8 %

Calsium          : 3,2 %

Unsur dapat dibagi menjadi bagian yang sangat kecil. Bagian yang terkecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat yang sama dengan unsur induknya disebut atom.

1.2.      Kelompok Bahan

Bahan-bahan yang dijumpai terutama untuk keperluan teknik dibagi menjadi 4 kelompok :

1.   Kelompok Bahan Keramik

Ikatan kimianya : ikatan ion

Ciri dan sifatnya : Ikatannya kuat sukar dipecah. Titik leleh tinggi tetapi regas. Daya hantar listrik dan panas buruk sekali. Tahan kimia dan tahan korosi.

Contoh bahan     : batu alam, gelas, bahan leramik

2.   Kelompok Bahan Logam

Ikatan kimianya         : ikatan logam

Ciri dan sifatnya           : Ikatannya kuat tetapi lebih rendah dari ikatan keramik. Titik leleh tinggi (lebih rendah i keramik). Bahan liat tetapi keras. Daya hantar listrik dan panas baik. Kurang tahan terhadap kimia dan korosi.

Contoh bahan              : logam-logam untuk keperluan teknik (besi, aluminium, seng, temabag, dll).

3.   Kelompok Bahan Polimer

Ikatan kimianya            : unsur dasar ikatan kovalen, membentuk molekul dasar. Molukel dasar ini dapat bergabung lagi dengan yang lainnya, biasa disebut Poly molekul atau polimer.

Ciri dan sifatnya           : Ikatannya agak kuat tetapi lebih rendah dari keramik. Keras sampai lunak, rengas sampai liat. Titik lembek rendah. Tidak menghantar listrik dan panas. Tahan kimia kurang tahan sinar ultraviolet.

Contoh bahan            : benda organik, plastik, kayu, karet, aspal dll.

4.   Kelompok Bahan Campuran

Kelompok bahan campuran/komposit sebagian besar adalah buatan manusia (bukan alami). Dibuat untuk memenuhi kebutuhan bahan yang diperlukan. Terbuat dari 2 atau 3 bahan dasar.

Ikatan kimianya         : ikatan antar molekul

Ciri dan sifatnya         :Tergantung dari bahan dasarnya, jumlah sifatnya bahan mana yang terbanyak dari bahan penyusunnya.

Contoh bahan  :

·        Beton biasa/adukan : bahan keramik + keramik (semen+pasir atau batu + air) sifatnya keras dan rengas.

·        Beton bertulang : keras tapi tahan lentur, karena adanya keramik dan logam (baja beton)

·        Aspal beton : aspalnya bahan polimer + betonnya bahan keramik sehingga sifatnya liat

·        Karet virodo (rem) : campuran karet (polimer) + serbuk logam (logam) + asbes serat (keramik)

1.3.      Sifat Dasar Bahan

Secara umum unsur-unsur atau bahan yang membentuk bangunan adalah stabil. Suatu benda yang terkena pengaruh gaya luar atau energi dari luar akan memberikan reaksi, untuk menahan gaya luar tersebut. Terjadinya reaksi dari bahan ini akan menimbulkan sifat-sifat tertentu.

Pada umumnya bahan memiliki sifat-sifat :

1.    Mekanis

2.    Thermal

3.    Listrik

4.    Kimia

1.3.1.  Sifat Mekanis

Suatu bahan atau benda bila mendapat gaya luar akan memberikan suatu reaksi akibat gaya tersebut. Akibat adanya gaya luar, benda atau bahan dapat berubah bentuknya  (deformasi) atau akan timbul tegangan. Besarnya deformasi dibandingkan dengan ukuran benda semula disebut regangan (strain).

a.    Tegangan

Tegangan adalah beban dibagi luas bidang.

Arah tegangan pada suatu bahan dapat terbagi 3 arah, tergantung arah beban yang bekerja.

1.    Tegangan axial, terjadi dalam satu arah misalnya pada pembebanan tarik atau tekan

2.    Tegangan bi atau tri axial, terjadi dua atau tiga arah pembebanan dimana arah axial yang dua arah lainnya arahnya tegak lurus sumbu axial.

b.    Deformasi

Suatu bahan bila mendapat beban akan mengalami perubahan bentuk (deformasi). Perlawanan reaksi suatu benda atau bahan akibat pembebenan dapat menimbulkan 3 macam deformasi :

1.    Deformasi Elastis : suatu deformasi yang dapat hilanglagi jika beban yang diberikan pada bahan tersebut dihilangkan.

Besarnya regangan yang terjadi berbanding lurus dengan besarnya tegangan. Perbandingan antara tegangan dengan regangan disebut modulus elastisitas (modulus young)

Regangan dinyatakan dalam persen

2.    Deformasi Plastis : deformasi akibat pembebanan yang melampaui beban elastis. Disini bahan yang dibebani akan mencapai kondisi plastis, sehingga meskipun beban dihilangkan, bahan akan berubah bentuk (deformasi / regangannya tidak hilang).

3.    Deformasi Viscous/Patah : merupakan kelanjutan dari deformasi plastis, dimana terjadi gejala mengalir.

Untuk bahan yang bersifat liat, gejala mengalir ini dapat terjadi, dimana meskipun beban yang diberikan pada bahan tersebut dihentikan, bahan akan terus berubah bentuknya sampai patah/putus atau hancur. Bagi bahan yang bersifat regas, gejala ini tidak terlihat sebaliknya pada logam gejala ini dapat terlihat.

Dari pengertian diatas, hendaknya pemberian beban pada suatu benda/bahan tidak melebihi sifat elastisitanya agar bahan tersebut awet dan aman.

c.    Regangan

Suatu benda bila diberi beban yang relatif rendah dan pembebanan itu masih dalam batas elastis, besarnya beban yang timbul akan sebanding dengan tegangan yang diberikan, serta konstan sifatnya. Dalam keadaan demikian berlaku hukum Hooke:

  atau

Beberapa jenis modulus elastis bahan :

·        Ketangguhan (toughness) diartikan sebagai kemempuan suatu bahan untuk menyerap energi sampai patah.

·        Kelentingan merupakan ukuran kemampuan suatu bahan melenting tanpa merubah sifatnya. Ini ditandai dengan tingginya tegangan regangan pada batas elastis.

·        Keuletan (ductility) merupakan ukuran besarnya regangan suatu bahan sebelum patah.

·        Kekersan (hardeness) yaitu kemampuan bahan untuk menahan beban yang masuk dari permukaan. Cara pengujian yaitu dengan memberikan beban dari permukaan, lalu diukur berapa dalam masuknya beban tersebut.

Cara uji ini dilakukan terhadap bahan yang bersifat ulet (liat), misalnya: logam, karet, plastik. Untuk bahan yang sifatnya regas, bahan keramik atau beton diuji dengan cara goresan/gesekan/geseran.

Cara uji kekerasan lain yaitu goresan dengan alat pembanding kekerasan yang diketahui. Cara ini diciptakan oleh Fredirch Mohs (1882), yang menyusun skala kekerasan berdasarkan kristal mineral yang disebut Skala Kekerasan (Mohs Scale Hardeness) mulai dari 1 s/d 10.

Talk     : 1                Osthoklas       : 6

Gips    : 2                Quartz           : 7

Kalsit   : 3                Topaz            : 8

Flourit  : 4                Korundum      : 9

Apatit  : 5                Intan             : 10

1.3.2.  Sifat Thermal

Suatu bahan bila terpengaruh panas dapat dapat berubah keadaanya, dari keadaan padat misalnya menjadi cair dan kemudian menguap. Perubahan dari keadaan padat ke cair dan menjadi uap disertai dengan pemuaian. Secara umum bahan yang terbentuk oleh ikatan ion yang kuat, memiliki titik leleh yang tinggi.

a.    Daya Hantar Panas

Daya hantar panas adalah kemampuan bahan menghantar panas dari daerah panas tinggi kedaerah panas rendah.

Kelompok bahan logam merupakan bahan yang baik untuk menghantar panas. Kelompok bahan keramik lebih buruk (rendah) daya hantar panasnya. Kelompok bahan polimer memiliki daya hantar panas yang buruk.

Daya hantar panas diukur dengan BTU (British Thermal Unit), perjam penyaluran, per 1 ft persegi dari bahan setebal 1 inchi tiap perbedaan suhu 1^oF atau ditulis : BTU/hr/sqft/in/^oF

         

Tabel 1.1. Pengembangan thermal beberapa bahan

Kelompok Bahan	Jenis Bahan	Titik Leleh (oF)	Daya Hantar Panas (BTU)	Koef. Muai Thermal
Logam	Baja karbon Baja Stainless Aluminium Tembaga	2700-2800 2700-2800 1100-1200 1800-2000	300–500 100–150 500-1500 500-2500	0.5 7 9 12,5
Keramik	Bata Merah Beton Plat Kaca	500-2000 3000 1500	3-6 5-10 5-6
Bahan Molukuler	Kayu Plastik ABS	400 200-300	1-2 1-2	10-30 50
Polimer	Plastik Acrylik Plastik Vinyl Silicon	200-300 200-300 400-600	1 0.5-1 1	30-50 50 1-100

1.3.3.  Sifat Listrik

Gerakan elektron pada bahan logam memunkinkan panas atau tenaga listrik disalurkan. Daya hantar listrik suatu bahan disebabkan oleh adanya gerakan elektron bebas.

Pada bahan yang daya hantar listriknya rendah tetapi didalamnya terselip bahan logam atau zat pelarut yang memungkinkan terbentuknya ion-ion dimana akan ada gerakan elektro, misalnya pada kayu basah, kayu tersebut dapat menghantar listrik sebaliknya bila kayu itu kering  kayu tersebut tidak dapat menghantar listrik.

Logam memiliki tahanan listrik rendah tetapi daya hantar listrik tinggi. Keramikmemiliki tahanan listrik tinggi tetapi daya hantar listrik rendah.

Tahanan listrik dinayatakan dalam ohm/sqft.

Tabel 1.2. Tahanan listrik beberapa bahan

Kelompok	Jenis Bahan	Tahanan Listrik (Ohm/sqft)
Logam	Baja Karbon Baja Stainless Paduan Aluminium Paduan Tembaga	6.10-4 2.10-3 10-6 5.10-3
Keramik	Bata Merah Beton Plat Kaca	4.106 4.106 10.1012
Polymer	Plastik ABS Plastik Acrylik Plastik Vinyl Silicon	10.1012-0,1 .1015 100. 1012 100. 109 1012

1.3.4.  Sifat Kimia

Bahan bangunan dipengaruhi oleh udara dan kelembaban, karena mengandung bahan kimia aktif. Pada keadaan tertentu bahan kimia tersebut bahamkimia tersebut dapat bereaksi dengan bahan bangunan dan merusak.

Kelompok bahan keramik dalam keadaan normal dapat tahan terhadap pengaruh ini. Untuk bahan kelompok logam, lebih rumit karena logam pada logam dapat terjadi korosi, akibat terjadi sejumlah kecil tenaga listrik dari salah satu daerah yang disebut anoda kedaerah lainnya yang disebut katoda.

Unsur utama yang terjadi dalam sistem korosi adalah anoda, katoda dan aliran yang menjadi media (elektrolit) yangmenghubungkan anoda dan katoda tadi.

Tabel1.3. Tabel galvani untuk menduga kemungkinan terjadinya korosi pada logam

Kecenderungan Elektrolit	Bahan Logam atau Paduan
Bersifat anodik (naik) ­	Paduan Magnesium Seng(Zn)
Bersifat Katodik (turun) ¯	Paduan Aluminium Baja Karbon Baja Stainless Aktive Timah Hitam Pb Timah Putih Sn Kuningan Temabaga Perunggu Baja Stainless Passive Emas

R a n g k u m a n

Bahan-bahan keperluan teknik dibagi menjadi 4 kelompok yaitu :

1.    Kelompok Bahan Keramik

2.    Kelompok Bahan Logam

3.    Kelompok Bahan Polymer

4.    Kelompok Bahan Campuran

Bahan umumnya memiliki sifat mekanis, thermal, listrik dan kimia.

Sifat mekanis bahan yaitu : tegangan, deformasi dan regangan

Sifat termal bahan yaitu : daya hantar panas dan pengembangan thermal

Sifat listrik bahan yaitu : daya hantar listrik dan tahanan listrik

Sifat kimia bahan yaitu : bersifat anodik dan katodik

S O A L   L A T I H A N

1.    Mengapa kita perlu mengetahui sifat-sifat dasar bahan?

2.    Jelaskan apa yang dimaksud dengan sifat mekanis dari suatu bahan ?

3.    Jelaskan apa yang dimaksud dengan tegangan?

4.    Sepotong kayu memiliki ukuran 5 x 5 x 5 cm, mampu menahan beban vertikal sebesar 100 kg. Berapakah tegangan yang terjadi pada kayu tersebut ?

Sumber Pustaka

Beni TR, Hand Out Bahan Bangunan, Pusditek PU – Badan Pengembangan Sumber Daya Manusia, Bandung.

PEDC, 1983, Teknologi Bahan 1, Bandung