EFEKTIVITAS SAMBUNGAN KAYU PADA MOMEN MAKSIMUM DENGAN BAUT BERVARIASI PADA BALOK SENDI ROL Muhammad Sadikin1, Besman Surbakti2
1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email:
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email:
[email protected]
ABSTRAK Kayu merupakan bahan konstruksi yang mudah didapat di alam serta memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda dari bahan konstruksi yang lain dari segi sifat fisis dan mekanis. Kelebihan kayu adalah lebih murah, mudah didapat dan mudah pengerjaannya serta ringan. Kayu juga memiliki kekurangan antara lain serangan serangga dan mudah terbakar. Pada penelitian yang dilakukan ini, bahan sambungan yang akan digunakan adalah kayu dengan alat penyambung baut dengan diameter yang bervariasi yaitu Ø10 mm, Ø12 mm, dan Ø16 mm. Ketiganya akan dibandingkan dengan menggunakan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI NI-5 2002). Sehingga nantinya akan didapat hubungan antar beban (P) dan penurunan (deformasi) sampai pada beban ultimit pada tiap-tiap variasi diameter baut serta mendapatkan faktor keamanan sambungan. Penelitian menggunakan metode ekperimen di laboratorium dan membandingkannya dengan analisa teori. Dari hasil penelitian didapat bahwa kayu kelapa terletak pada kode mutu E10 dengan Elastisitas Lentur 11000 Mpa, kuat tekan sejajar serat 668,601 kg/cm2, berat jenis 0,987 gr/cm3 dan kadar air 21,138%. Serta diperoleh efektivitas sebesar 64,45% pada sambungan kayu dengan alat sambung baut berdiameter 10 mm dan 12 mm, sedangkan pada sambungan kayu dengan alat sambung baut berdiameter 16 mm diperoleh efektivitas sebesar 63,64%. Kata kunci : kayu, sambungan, kuat lentur, PKKI-NI-5 2002.
ABSTRACT Wood is a construction material that is easily obtainable from nature and has different properties and characteristics from other construction materials in terms of physical and mechanical properties. The advantages of using wood are it is less expensive, easily obtained and simple to use as well as having a light weight. However, wood also has disadvantages such as vulnerable to insect attack and flammable. In this experiment , the connection material to be used is wood with a bolt connecting with varying diameter of Ø10 mm , Ø12 mm , and Ø16 mm . All three will be compared by using the Planning Procedures Indonesian Timber Construction ( NI - 5 PKKI 2002) . So that will be obtained the relationship between load ( P ) and deformation until the ultimate load on each bolt diameter variations resulting a connection safety factor . The research is using experimental methods in the laboratory and compare the result with theoretical analysis .The result of the experiment is that the coconut wood has the quality code of E10 with Bending Elasticity of 11000 Mpa , compressive strength parallel to the fiber of 668.601 kg/cm2 , specific gravity of 0.987 gr/cm3, and moisture content of 21.138 % . The percentage of connection effectiveness of the 10 mm and 12 mm bolt is 64.45 % , while the 16 mm bolt obtained the percentage of connection effectiveness of 63.64 %. Key word : wood, connections, bending strength, PKKI NI 5-2002
1. PENDAHULUAN 1. 1
Latar Belakang Kayu merupakan bahan konstruksi yang mudah didapat di alam serta memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda dari bahan konstruksi yang lain dari segi sifat fisis dan mekanis. Kayu adalah bahan yang bersifat renewable, dimana ketersediaannya akan tetap ada selama pelestarian sumber dayanya tetap terjaga. Kayu dapat didaur ulang secara sempurna dan terurai di alam, sehingga kayu menjadi salah satu bahan struktur yang ramah lingkungan. Pada struktur berbahan utama kayu, sambungan akan muncul karena alasan geometrik dan keterbatasan ukuran batang kayu yang tersedia. Sambungan merupakan bagian yang paling lemah sehingga kadang-kadang terjadi kerusakan oleh kegagalan sambungan. Efektifitas suatu alat sambung dapat diukur berdasarkan kuat dukung yang disumbangkan oleh sambungan dibandingkan dengan kuat ultimit kayu yang disambungnya.
1. 2
Perumusan Masalah Pada penelitian yang dilakukan ini, bahan sambungan yang akan digunakan adalah kayu dengan alat penyambung baut dengan diameter yang bervariasi yaitu Ø10 mm, Ø12 mm, dan Ø16 mm. Ketiganya akan dibandingkan dengan menggunakan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI NI-5 2002). Sehingga nantinya akan didapat hubungan antar beban (P) dan penurunan (deformasi) sampai pada beban ultimit pada tiap-tiap variasi diameter baut, baik secara teoritis maupun eksperimental.
1. 3
Maksud dan Tujuan Mengetahui efektivitas sambungan kayu dengan diameter baut yang berbeda berupa perbandingan hubungan antara beban (P) dan penurunan (deformasi) yang terjadi sampai beban ultimit baik secara teoritis maupun eksperimental. Sehingga dari hubungan itu akan diperoleh berapa besar beban patah untuk setiap sampel.
1. 4
Pembatasan Masalah Adapun pembatasan masalah yang diambil untuk mempermudah penyelesaian adalah : Bahan bersifat linear elastis. Kayu bersifat homogen dan ortotropis. Kayu yang digunakan adalah kayu kelapa. Alat sambung yang digunakan adalah baut. Variasi baut yang digunakan adalah Ø10 mm, Ø12 mm, dan Ø16 mm. Dimensi lebar yang disambung dibatasi sebesar dua kali dimensi penyambung. Sambungan yang digunakan adalah sambungan antar kayu dengan kayu. Perhitungan teoritis berdasarkan Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI NI-5 2002).
1. 5
Metodologi Penelitian Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah metode penelitian laboratorium yaitu : 1. Penyediaan bahan uji. 2. Pengujian physical dan mechanical properties kayu meliputi : a. Berat jenis kayu yang dipakai. b. Kadar air dari kayu yang dipakai. c. Tegangan tekan izin sejajar serat kayu (Ft). d. Tegangan lentur izin (Fb). e. Elastisitas lentur kayu (Fw). 3. Pengujian kayu tanpa sambungan memikul momen dengan menggunakan dial deformasi. 4. Pengujian sambungan kayu dengan kayu dengan alat penyambung baut Ø10 mm, Ø12 mm, dan Ø16 mm yang memikul momen dengan menggunakan dial deformasi.
Gambar 1. Sampel Penelitian
2. TINJAUAN PUSTAKA Kayu adalah bahan didapat dari tumbuh – tumbuhan di alam termasuk vegetasi hutan. Tumbuhan yang dimaksud disini adalah pohon (tree). Pohon berbeda dengan tanaman (plant). Dari tanaman tidak menghasilkan kayu. Kayu sebenarnya adalah daging pohon. Kayu memiliki empat unsur yang esensiil yaitu : 1. 2. 3. 4.
Sellulosa. Unsur terbesar dari kayu meliputi ± 70 % dari berat kayu. Bagian yang disebut Alpha selulosa adalah dasar pembuat kayu. Lignin. Komponen pembentuk kayu sekitar 18% – 20% dari berat kayu dan member sifat keteguhan pada kayu. Bahan – bahan ekstraksi. Komponen ini yang memberikan kayu sifat – sifat seperti warna, bau, rasa dan keawetan. Mineral Pembentuk Abu. Komponen ini tertinggal setelah selulosa dan lignin terbakar habis.
2. 1 Sifat-sifat Kayu a. b.
c. d.
Sifat umum tersebut antara lain adalah : Semua batang pohon mempunyai pengaturan vertikal dan sifat simetri radial. Semua kayu bersifat anisotropik yaitu sifat – sifatnya elastis tergantung dari arah gaya terhadap serat – serat dan lingkaran tahun. Tetapi untuk keperluan – keperluan praktis kayu dapat dianggap Ortotropis, yang artinya mempunyai tiga bidang simetri elastis yang saling tegak lurus, yaitu Longitudinal ( aksial ), Tangensial, dan Radial. Dimana sumbu Longitudinal ( aksial ) adalah sejajar serat – serat, sumbu Tangensial adalah garis singgung cincin – cincin pertumbuhan, dan sumbu Radial adalah tegak lurus pada cincin – cincin pertumbuhan. Perubahan dimensi kayu akibat pengeringan dari perubahan suhu, kelembaban, pembebanan mekanis juga menunjukkan sifat kayu anisotropis. Kayu bersifat higroskopis yaitu dapat kehilangan atau bertambah kelembabannya akibat perubahan kelembaban dan suhu udara di sekitarnya. Kayu dapat terserang makhluk perusak kayu dan dapat terbakar apalagi dalam keadaan kering.
2. 2 Tegangan Bahan Kayu Deformasi sebanding dengan besarnya beban yang bekerja sampai pada satu titik . Titik ini adalah Limit Proporsional. Setelah melewati titik ini besarnya deformasi akan bertambah lebih cepat dari besarnya beban yang diberikan . Hubungan antara beban dan deformasi ditunjukkan pada gambar II.7 berikut.
Gambar 2. Hubungan antara beban tekan dengan deformasi untuk tarikan dan tekanan Nilai tegangan dan regangan diperoleh dari persamaan sebagai berikut:
Ada beberapa jenis tegangan yang dapat dialami oleh suatu material, yaitu tegangan tekan (Compression Strength), tegangan tarik (Tensile Strength), dan tegangan lentur (Bending Strength).
Dimana :
σ tr
= Tegangan tarik yang terjadi (kg/cm²)
Ptr
= Beban tarik yang terjadi (kg)
A
= Luas penampang yang menerima beban (cm²)
Tabel 1.Nilai Kuat Acuan (MPa) Berdasarkan Atas Pemilahan Secara Mekanis pada Kadar Air 15% (Berdasarkan PKKI NI-5 2002) KODE Ew Fb Ft// Fc// Fv Fc┴ MUTU E26 25000 66 60 46 6,6 24 E25 24000 62 58 45 6,5 23 E24 23000 59 56 45 6,4 22 E23 22000 56 53 43 6,2 21 E22 21000 54 50 41 6,1 20 E21 20000 56 47 40 5,9 19 E20 19000 47 44 39 5,8 18 E19 18000 44 42 37 5,6 17 E18 17000 42 39 35 5,4 16 E17 16000 38 36 34 5,4 15 E16 15000 35 33 33 5,2 14 E15 14000 32 31 31 5,1 13 E14 13000 30 28 30 4,9 12 E13 14000 27 25 28 4,8 11 E12 13000 23 22 27 4,6 11 E11 12000 20 19 25 4,5 10 E10 11000 18 17 24 4,3 9 Dimana :
Ew = Modulus Elastisitas Lentur
Fc// = Kuat tekan sejajar serat
Fb = Kuat Lentur
Fv = Kuat geser
Ft// = Kuat tarik sejajar serat
Fc┴ = Kuat tekan tegak lurus serat
2. 3 Tahanan Terhadap Gaya Lateral 2.3. 1
Tahanan Lateral Acuan Dua Irisan
Tabel 2. Tahanan lateral acuan satu baut pada sambungan dua irisan yang menyambung tiga komponen MODA KELELAHAN
TAHANAN LATERAL (Z) =
Im Is IIIs IV Catatan :
=
=
0,83
=
1,66
2,08 4 (2 + )
2,08
2 3(1 +
)
Dimana Fem dan Fes adalah kuat tumpu kayu utama dan kuat tumpu kayu samping. Untuk sudut sejajar serat dan tegak lurus serat, nilai kuat tumpu kayu adalah Fe// = 77,25 G dan Fe.
2.3.2 1.
2.
Tahanan Lateral Terkoreksi (Z’)
Faktor Geometri a. Jarak ujung. Bila jarak ujung yang diukur dari pusat alat pengencang ( a ) lebih besar atau sama dengan (aopt) pada tabel 14 maka CΔ = 10. Bila aopt / 2 ≤ a < aopt, maka CΔ = a / aopt. b. Spasi dalam baris alat pengencang. Bila Spasi dalam baris alat pengencang ( s ) lebih besar atau sama dengan sopt maka CΔ = 1,. Jika 3D ≤ s < sopt, maka CΔ = s / sopt. Faktor Aksi Kelompok
Nilai faktor aksi kelompok Cg dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Dimana:
ai adalah jumlah alat pengencang efektif pada baris alat pengencang i yang bervadiasi dari 1 hingga ni. ni adalah jumlah alat pengencang dengan spasi yang seragam pada baris ke – i. γ adalah modulus bebab atau modulus gelincir untuk satu alat pengencang. Nilai γ diambil sebesar 0,246 D1,5 KN/mm. S adalah spasi dalam baris alat pengencang jarak pusat kepusat antar alat pengencang dalam satu baris. nf adalah jumlah total alat pengencang.
nr adalah jumlah baris alat pengencang dalam sambungan. (EA)m dan (EA)s adalah kekakuan aksial kayu utama dan kayu samping.
(EA)min adalah nilai yang terkecil antara (EA)m dan (EA)s (EA)max adalah nilai yang terbesar antara (EA)m dan (EA)s
3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 3. 1 Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu Setelah melalui proses penelitian, diperoleh hasil physical dan mechanical properties sebagai berikut: Tabel 3. Rangkuman penelitian mechanical properties (PKKI 2002) Jenis Penelitian Hasil Penelitian Kadar Air 21,138 % Berat Jenis 0,987 gr/cm3 Kuat Tekan Sejajar Serat 668,601 kg/cm2 Elastisitas Lentur Kayu 46197,066 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu 336,775 kg/cm2 Menurut ketentuan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 2002), kuat acuan berdasarkan pemilihan secara mekanis diambil berdasarkan modulus elastisitas lentur. Dari table di atas dapat dilihat bahwa menurut ketentuan kuat acuan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 2002) seperti yang tercantum pada table II.1, maka kayu yang digunakan dengan modulus elastisitas 46.197,066 kg/cm2 termasuk kayu dengan kode mutu E10. 3. 2 Hasil Eksperimen Sambungan Baut Memikul Momen di Laboratorium
P (kg) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Tabel 4. Sampel Kayu Utuh Deformasi (cm) Dial I Dial II 0 0 0,215 0,387 0,725 0,933 1,172 1,401 1,888 2,121 2,361 2,612 2,811 3,145 3,922 4,189 5,026 5,213 6,415 6,612 7,638 8,422 Patah
Dial III 0 0,218 0,756 1,195 1,867 2,398 2,837 3,968 5,057 6,454 7,683
Gambar 3. Grafik Hubungan Beban dan Deformasi Sampel Kayu Utuh 600 500 P (Kg)
400 300
Deformasi Dial I
200
Deformasi Dial II
100
Deformasi Dial III
0 0
2
4
6
8
10
12
Deformasi (cm)
P (kg)
P (Kg)
0 50 100 150 200 250 300 350 360
400 350 300 250 200 150 100 50 0
Tabel 5. Sampel Alat Sambung Baut Diameter 10 mm Deformasi (cm) Dial I Dial II 0 0 0,813 1,248 1,721 2,727 2,613 3,788 3,714 5,023 4,688 6,683 5,511 7,577 6,655 8,690 Patah
Dial III 0 0,822 1,749 2,636 3,737 4,661 5,534 6,656
Gambar 4. Grafik Hubungan Beban dan Deformasi Sambungan Dengan Baut Ø10
Deformasi (cm) Dial I Deformasi (cm) Dial II Deformasi (cm) Dial III
0
2
4 6 Deformasi (cm)
8
10
P (kg) 0 50 100 150 200 250 300 350 360
Tabel 6. Sampel Alat Sambung Baut Diameter 12 mm Deformasi (cm) Dial I Dial II 0 0 0,281 0,628 0,634 0,931 1,318 2,089 2,067 3,135 3,025 4,754 4,801 6,452 6,631 8,186 Patah
Dial III 0 0,290 0,645 1,325 2,055 3,088 4,845 6,652
Gambar 5. Grafik Hubungan Beban dan Deformasi Sambungan Dengan Baut Ø12 400 P (Kg)
300
Deformasi (cm) Dial I
200 Deformasi (cm) Dial II
100
Deformasi (cm) Dial III
0 0
2
4
6
8
Deformasi (cm)
P (kg)
P (Kg)
0 50 100 150 200 250 300 350
Tabel 7. Sampel Alat Sambung Baut Diameter 16 mm Deformasi (cm) Dial I Dial II 0 0 0,685 0,861 1,392 1,877 2,297 2,951 3,126 4,241 4,255 5,621 5,521 7,156 Patah
Dial III 0 0,691 1,399 2,271 3,150 4,261 5,540
Gambar 6. Grafik Hubungan Beban dan Deformasi Sambungan Dengan Baut Ø16
400 350 300 250 200 150 100 50 0
Deformasi (cm) Dial I Deformasi (cm) Dial II Deformasi (cm) Dial III
0
2
4 6 Deformasi (cm)
8
10
Gambar 7. Grafik Perbandingan Hubungan Beban dan Deformasi Kayu Utuh, Sambungan Baut Ø10, Ø12 dan Ø16 600
P (Kg)
500 400
Kayu Utuh
300
Ø10
200
Ø12 Ø16
100 0
0
2
4
6
8
10
12
Deformasi (cm)
4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil percobaan, maka diambil beberapa kesimpulan antara lain : 1. Kayu kelapa pada kadar air kering udara memiliki berat jenis sekitar ± 0,987 gr/cm3, kuat tekan sejajar serat 668,601 kg/cm2, berdasarkan pemilahan secara grading masinal terletak pada kode mutu E10 (Elastisitas lentur sebesar 11000 Mpa) dan tegangan lentur 33,677 Mpa. 2. Percobaan yang dilakukan sudah benar menurut Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia 2002 karena : a. Ppatah lab > Ppatah teori b. Alat sambung mengalami perubahan bentuk. 3. Nilai faktor keamanan yang didapat berdasarkan perbandingan antara Ppatah penelitian dengan Ppatah teori adalah sebagai berikut : Sambungan dengan alat sambung baut Ø10 mm adalah 1,204 Sambungan dengan alat sambung baut Ø12 mm adalah 1,204 Sambungan dengan alat sambung baut Ø16 mm adalah 1,170 4. Tingkat efektivitas sambungan yang didasarkan pada perbandingan dengan kayu utuh tanpa sambungan adalah sebagai berikut : Efektivitas sambungan dengan alat sambung baut Ø10 mm adalah 65,45% Efektivitas sambungan dengan alat sambung baut Ø12 mm adalah 65,45% Efektivitas sambungan dengan alat sambung baut Ø16 mm adalah 63,64%
DAFTAR PUSTAKA Surbakti, Besman. 2011. Diktat Kuliah Struktur Kayu. Medan. Program Sarjana Teknik Sipil USU. Yap, Felix. 1992. Konstruksi Kayu. Bandung: Binacipta. Ali, Awaluddin. 2005. Dasar-dasar Perencanaan Sambungan Kayu. Yogyakarta: Biro Penerbit Teknik Sipil Universitas Gajah Mada. Hadist, Herry. 2011. Eksperimen Persen Kekuatan Sambungan Memakai Plat Baja Dan Kayu Dengan Memikul Momen Pada Balok Berdasarkan PKKI-NI-5-2002. Medan. Program Sarjana Teknik Sipil USU. Ali, Awaluddin. 2005. Konstruksi Kayu.Yogyakarta: Biro Penerbit Teknik Sipil Universitas Gajah Mada. Panitia Teknik Konstruksi dan Bangunan. 2002. Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI NI-5). Jakarta. Badan Standarisasi Nasional. Hasdian, Elhamdi, 2007. Sambungan Kayu dengan Alat Sambung Baut Cacing Memikul Momen Murni Berdasarkan PKKI NI-5 2002. Medan. Program Sarjana Teknik Sipil USU
