Penyusunan Model Penduga Kekuatan Kayu Konstruksi dalam Format ASD (Allowed Stress Design) dan LFRD (Load and Resistance Factor Design) untuk Pemilahan Sistem Panter

RINGKASAN

A. Distribusi Kekuatan Kayu

Kayu rnerniliki variabilitas sangat tinggi akibat pengaruh sifat-sifat genetik dan faktor-faktor lingkungan selarna pertumbuhannya. Sifat mekanik kayu yang dicirikan dua sifat penting yaitu MOE (modulus of elasticity) atau kekakuan lentur dan MOR (modulus of rupture) atau keteguhan lentur patah sangat bervariasi. Kekakuan lentur kayu konstruksi di pasaran kayu bangunan di lndonesia berkisar pada selang yang sangat lebar yaitu antara 30.000 s.d. 260.000 kglcmz. Kekakuan lentur kayu tertinggi dapat rnencapai 6 sarnpai 9 kali kekakuan lentur kayu terlentur. Sedangkan kekuatan kayu terkuat (MOR=+1.200 kglcm2) bisa mencapai 11 s.d. 13 kali lebih kuat dari kayu terlemah.

Ernapat rnacam tipe distribusi standar telah dicoba dipergunakan untuk rnengepas distribusi MOE dan MOR kayu. Distribusi lognormal dan eksponensial tidak tepat, sedangkan distribusi norrnal dan Weibull cukup baik. Pengepasan ekor bawah sebagai bagian yang sangat menentukan kekuatan pakai kayu menunjukkan bahwa MOE dan MOR kayu konstruksi lndonesia lebih dekat ke distribusi Weibull daripada distribusi normal. Berdasarkan analisa 809 ontoh uji dari berbagai jenislkelompok jenis kayu, kelenturan dan kekuatan kayu lndonesia berdistribusi Weibull dengan fungsi padat :

dengan nilai parameter-parameter seperti disajikan pada tabel 1

Tabel 1. Parameterdistribusi Weibull kelenturan dan kekuatan kayu-kayu konstruksi lndonesia

1

No

1

Parameter MOE MOR

I

1

/

Shaoe fa)

I

3.17534

1

2,41321

I

B. Pengaruh Jenis dan Kelompok Jenis terhadap Kekuatan Kayu Konstruksi

Kekakuan karakteristik, yang dinyatakan sebagai persentil ke-5 (Roos) dari MOE, terendah dimiliki batang keiapa, sedangkan yang paling kaku adalah kayu damar laut. Damar laut juga menduduki peringkat pertama dalam ha1 kekuatan karakteristik (persentil ked(b.os) dari MOR) sedangkan yang paling lemah adalah kayu agathis, (catatan: kayu agathir yang dipergunakan adalah agathis yang tersambar petir sehingga kernungkinan telah tejadi kemsakan struktur kimia dan anatomi kayu). Karena itu batang kelapa dan kayu agathis (yang tersambar petir) kurang baik digunakan untuk papan-papan struktural penahan beban berat. Untuk keperluan penyangga beban sebaiknya digunakan kayu damar laut, keruing, kempas, kapur, ataupun campuran karena kayu-kayu ini dapat rnenahan beban lebih dari

2W

kg/cm? Meranti dan pinus dapat rnenahan beban sedang karena kekuatan karakteristiknya berkisar antara 100 s.d. 200 kglcmz.

Penetapan satu nilai kekuatan karakteristik untuk setiap jenislkelompok jenis, secara ekonomis maupun surnberdaya, sangat merugikan karena justifikasi kekuatan jauh di bawah kernarnpuan sebenarnya dari sebagian besar kayu. Tindakan ini menyebabkan penggunaan dirnensi kayu untuk suatu beban tertentu menjadi lebih besar daripada yang dibutuhkan, sehingga terjadi pemborosan sumberdaya. Karena itu pernilahan (grading) dikembangkan dengan mencari variabel selain jenis sebagai dasar pengkelasan rnutu. Variabel alternatif ini sekurang-kurangnya mernenuhi dua syarat :

1. dapat diukur dengan rnudah tanpa tanpa rnerusak kayu, 2. mernpunyai korelasi tinggi dengan sifat kekuatan kayu

Berat jenis dan MOE memenuhi kedua syarat tersebut dengan baik. Menurut Glos (1994) berat jenis berkorelasi dengan keteguhan patah sebesar 0,5 sedangkan MOE mencapai 0,7-0.8. Penggunaan berat jenis dan MOE secara bersama-sama tidak dapat meningkatkan kernarnpuan pendugaan karena koefisien korelasi tetap berkisar anlara 0,7-0,8. Karena itu MOE diharapkan dapat digunakan sebagai variabel tunggal untuk menduga kekuatan kayu. Narnun demikian koreksi atas jenis tampaknya masih perlu dilakukan, meskipun asurnsi dasarnya MOE dapat menduga MOR secara regardless of species.

, > ,

2

/

scale (11)

3

/

Cavariance (CV) 4 Median (Fan)

5 Fifth Percentile Estimate (Raas)

154855 0,35 137974

60770

613,975

0,44

I

C.

Perbandingan Data Hasil Penelitian Laboratoriurn Ketekhnikan Kayu Fakultas Kehutanan IPB dengan Hasil Penelitian Pernukirnan

Berdasarkan data yang ada, telah terjadi masalah pada data pengukuran kekakuan dan kekuatan kayu agathis di Bogor atau di Bandung. Karena itu agar tidak mengganggu data kayu agathis dikeluarkan dari analisa. Penelitian pendugaan kekuatan kayu dengan mesin panter di Bandung dan Bogor menunjukkan perbedaan berpola linier yang signifikan. Persamaan regresi yang disusun oleh kedua mesin tidak berimpit dan tidak pula sejajar. Memanfaatkan model h(x) = f(x) + g(x) diketahui bahwa pengukuran MOR dengan mesin Shimadzu dapat dinyatakan dengan :

MORpl = MORjsj + 0.00168 MOE -231 yaitu : MORpr = MOR diukur dengan mesin Shimadzu Bandung

MORj8j = MOR diukur dengan mesin Baldwin Bogor MOE = MOE diukur dengan Panter

D. Penyusunan Kekuatan Kayu

Ada dua cara bisa digunakan untuk mengukur tegangan yang diperkenankan pada kayu yaitu pengujian langsung dengan menghancurkan beberapa contoh uji, dan pengujian tidak langsung dengan mengukur variabel-variabel (sifat-sifat kayu) yang berkorelasi erat dengan dengan kekuatan kayu tanpa merusaknya. Ada dua format yang dikembangkan untuk menghitung kekuatan kayu yaitu ASD (Allowable Stress Design) dan LRFD (LoadandResistance Factor Design). Format ASD merupakan format konvensional yang hanya memperhitungkan keragaman kekuatan kayu sehingga keamanan sebenarnya (yang dalam format ini ditetapkan konstan sebesar 2,l atau 2,3) tidak dapat dipenuhi. Di beberapa negara kemudian dikembangkan format RED (Reliable Based Design) yang sangat rumit karena memerlukan pengetahuan yang mendetail tentang tentang parameter-parameter yang diasaumsikan, hingga akhirnya format LRFD yang praktis dan sederhana siap dipakai masyarakat perkayuan di Amerika Serikat pada pertengahan tahun 1999. ASTM (American Society for Testing and Materials) D 5457 mengijinkan dua cara perhitungan reference resistance (ketahanan relerensi) yaitu dengan prosedur reliability normalization dan fonnat conversion. Reliability normalization merupakan prosedur LRFD yang dapat menghitung keterandalan struktural dengan tepat, sedangkan format conversion hanya mengalikan allowable strees (tegangan ijin) dalam format ASD dengan faktor konversi sebesar 2,1614. Karena itu format conversion tidak dapat menghitung keterandalan sruktural dengan tepat.

1. Pengujian langsung a. Format ASD

Menurut perhitungan-perhitungan ASTM D 2915 diperoleh allowable stress untuk kayu-kayu konstruksi Indonesia adalah :

Tabel 2 Allowable Stress (kglcm2) dalam format ASD untuk kayu-kayu konstruks~ Indonesia

/

10

1

Damar Laut 194,3

1

191,O

/

180,O

1

1

I

Catatan : data telah dikonversi ke rnesin Baldwin &gar 5

6

7 8 , 9

b. Format LRFD

1) Reliability Normalization

Melalui rumus-rumus ASTM D 5457, reference resistance (Rn) kayu-kayu konstruksi Indonesia ditunjukkan tabel 3.

2) Format Co~iversio~i

Reference resistance melalui prosedur fonnat conversion sangat sederhana yaitu tinggal mengalikan nilai-nilai pada tabel 2 dengan 2,1614 Nilai

4

untuk bending (keteguhan lentur patah) adalah 0,85.

No 1 2 3 4

~ e k ~ a s Keruing Campuran Afrika

, Akas~a

Normal

1

Welbull Jenls

1

5%PE

Kelapa

1

51,7

Meranti 61,O

Plnus

1

842

K ~ D u ~

1

92,O

Nonparametr~k 5% PE

/

5% TL (75%)

1

5% PE

I

5% TL (75%)

37,3 27,5

1

47,73

1

43,67

35.0 2 6 3 72,73 69,89

8 8 5 83,7 81,19 73,48

rabel 3. Reference Resistance (kglcrnz) kayu-kayu konstruksi Indonesia dihitung dengan Reliability iorrnalizafion.

" = dihitung dengan rurnus

CJ',,.

= ~ i [ ~ - { ~ - ~ ( ~ u ) ) - r ~ ( ~ - ( t ; ) ] ~ : , / ~ [ I ~ ! " I J

9 10

2. Pengujian tidak langsung

Korelasi yang erat antara MOE dan MOR dirnanfaatkan Standar Kehutanan Indonesia (SKI) C-bo-010- 1987 sebagai dasar penentuan kelas rnutu kayu konstruksi. Penentuan rnutu tegangan kayu bangunan

No 1 2

Akasia 11165 317144 344;30

Damar Laut 8,54971 632,631 0,139* 1,236 446,97

structural dilakukan dengan rnetode pernilahan rnasinal dengan mesin pemilah tegangan yaitu rnesin panter. Mernanfaatkan kelas-kelas rnutu ini dapat dihitung nilai kekuatan karakteristik, allowablestress, dan reference

Shape 1,95023 2,07534 Jenis Kelapa Meranti

Catatan : ' = dihitung dengan rurnus CV, = a.O.92

resistance. Namun hasil perhitungan ternyata mernbingungkan. Kekuatan karakteristik kelas rnutu (TS) jauh lebih tinggi daripada yang ditetapkan SKI C-bo-010-1987. Karena itu batas-batas MOE Panter bisa diturunkan. Penurunan batas bawah kelas rnutu diharapkan dapat rnempromosi kayu-kayu tidak bermutu menuru: SKI C-bo-010-1987, Masih 4.7% kayu dinyatakan tidak berrnutu struktural padahal98.6% dari kayu- kayu tersebut mempunyai kekuatan lebih dari 50 kglcrn2.

Beberapa model telah dicoba untuk rnenduga MOR rnelalui MOE panter dengan tetap rnernperhatikan pengaruh jenislkelornpok jenis kayu. Hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.

3 4 5 6 7

Tabel 4. Beberapa Model Persamaan Regresi Hubungan Antara MOR dengan MOE Panter dan .IenislKelomnnk .Ienis

Pinus 1,016

Kapur Kempas Keruing Campurzn 8

1

Afrika

Scale 545,263 568,671

KR

I

c. pe-hch~!p,nd-~>:!

/

~=1484100287x

1

22148

)

!G;?I

/

47164

)

33120

1

Catatan : ') : tidak konvergen swtwlah iterasi kw-20

CV, 0,535** 0,504**

-

-. . . -. . . . . . .

-

, , . .

Robust

a. Pernbobot Tukey b. Pembabot Hubeil

Regresi linier sederhana rnernpunyai nilai tarnbah karena "kesederhanaannya", sedangkan regresi robust dengan pembobot Tukey rnempunyai nilai tarnbah karena kernampuannya yang paling baik dalarn menjelaskan keragaman kekuatan kayu, Tetapi keduanya bukanlah persamaan yang regardless ofspecies karena jenisl kelornpok jenis rnasih sangat signifikan berpengaruh terhadap MOR. Akhirnya persamaan urnurn yang diperoleh untuk rnenduga kekualan kayu adalah: (Persarnaan ini dibuat sejajar garis regresinya karena (l/n +(xo-x)2/2(xi-x)2) dan (1/L~+(xo-x~)2/2(wxi-x~)*) sangat kecil).

Unluk rnendapatkan persarnaan yang lebih baik bagi jenislkelornpok jenis diperlukan faktor koreksi sebesar bilangan pada tabel 6.

Q Roos

118,90 140,23

Model Linier sederhana Nonlinier

Y=!23,3555+2,544.10-3~10~~3~~

1

36.45

Y=!09+0,00??!x

1

53,75

/

15.86

1

295" 69,5.11

1

Y=110+0.00306x

1

45.19

1

12.70

1

28.1$

1

57.89

1

!%

R2 total (%) 44.83 Pengaruh Jenis (%)

Persamaan Y=120+0,00304x

Y=340.28791(1-2,54122.10-fix)

Y=322,90241(1-~0.892.10-5)

[image:7.605.107.521.146.322.2]

Tabel 5. Persamaan-persamaan reqresi, kekuatan karakteristik, allowable stress, dan reference resistance

1

5% Tolerance timit(rL)

1

-191,46 +0,00304 MOE

1

-75.37 +0,00301 MOE

1

MOR

Kekuatan Karakteristik

5% Point Estimate (PN

. .

Allowable Stress

5% Point Estimate (PE) 5% Tolerance Limit (TL) Reference Resistance

Linier Sederhana

120,26 + 0.00304MOE

-185,35 + 0,00304 MOE

1

5% Po;l,t Es!gmale (PC, -204.79 + 0.03335 MOE -79.18

-

0,00332 MOE

I

5% Tc erance Lim;r (TI., -211 53

-

0 00335 MOE -81 32 + 0,03332 MOE

I . .- . . . -. .- ... .- .J

Reference resislance :zda taoe ?; alas d.:us:n !x:casar !s.w?t ccnte:s;s!i. peae.??l crx%"c ; n ~ f.czk Robust

108,56 + 0,00301 MOE

-71,66 +0,00301 MOE

-80,59 +0,00132 MOE

-83,24 + 0,00132 MOE

bisa menghitung keterandalan struktural dengan tepat. Sementara itu prosedur rel,:ability normalization tidak bisa diadopsi ke pengujian !idak langsung karena kesulitan dalam menydsun data ccfiZdent factcr dari bivariate weibull distribution. Karena itu dikembangkan model alternatif yang hasil akhirnya cukup sederhana. Prosedur alternatif ini didasaikan fungsi kegagalan (failure functi~;;). Persamaan akhir yang diperoleh adalah:

-31.16 +0,00131 MOE

-32,77 +0,001131 MOE

- . _{1 - -} . .

...

.

RIX

=

4

p adalah niiai-nilai rata-rata beban per persentil ke-95 dari beban = 1/(1+1.645 CVd, y adalah persamaan regresi yang diperoleh y=a+bx, q adalah

p

(1-p C V d ,

P

adalah indeks keterandalan (reliability index) yang dikehendaki, sedangkan Syh2 adalah keragaman dari prediksi mendatang. Syh2 untuk regresi linier sederhana dinyatakan dengan (I+l/n + (xo-x)*/L(xi-xJZ) KTS dan untuk regresi robust dinyatakan dengan (1+ l/LM+(xo- xW)2/L(wix;-x$ 2KTS.

ASTM D 5457 menghendaki reliability index,

0,

sebesar 2.4 dan UD = 3, sehingga dapat dihitung CVa adalah

30%. Dengan demikian persamaan akhir yang dipemleh adalah:

1. Dengan basis regresi linier sederhana

Rn = 372.9408 +9.4423 . 10-3 x

-

d(992878.3372 + 3.6510 x +4.6219.10-5 x2)

2. Dengan basis regresi robust

Rn

=

336.6577 + 9.3203 . 10.4 x - d(378965.6546 + 3.2532 x + 4.5032.10-5 x2)

Kedua persamaan ini jauh lebih baik dan lebih aman daripada reference resistance yang dihitung dengan prosedur format conversion. Karena itu sebaiknya dipilih persamaan di atas untuk menentukan reference resistance setiap batang kayu. Sementara pernilahan masinal yang menggunakan konsep ASD belum populer sebelumnya sehingga tidak ada perlunya memasyarakatkan prosedur format conversion.

4 Kelapa -49 -54

5 Keruing -45

1

1

:

:

1

1

:

1:

I

4o

I

2;

6 Kempas

i::i

;;

-25

7 Akasia -16

I

g

1

'

I

1

1

$2

1

8 Kaour 1 2 1 - 5 1 2 1 - 5 1 1 - 2 2 1 - 6

1

Tabel 6. Faktor koreksiladitif (kqlcm2) terhadap jenislkelompok jenis

Persamaan diatas berlaku secara umum, dan untuk mendapatkan penduga yang baik bagi tiap-tiap jenis, faktor koreksi dapat diberikan dengan cara menambahkan nilai-nilai faktor koreksi MOR pada tabel 6 di dalam dan di luar akar.

No

1 2

Kekuatan Karakteristik Linier

/

Robust

-145

1

-129

Jenis Kayu

Pinus DamarLaut

MOR Linier

I

Robust

-1 45 -129

-76 -55 -76

1

-55

1

-33

1

-24

1

-84

1

-61

1

Allowable Sress Linier

/

Robust

-63

1

-56

Reference Resistance Linier

(

Robust [image:8.605.105.519.138.276.2] [image:8.605.88.553.585.745.2]

DAFTAR IS1

Teks Halaman

...

I U T A PENGANTA 111

DAFTAR IS1 _iv

DAFTAR TABEL _v

DAFTAR GAhlBAR _{... \,i}

DAFTAR L A R I P I M

I. PENDAHULUA

A. Latar Belakan

B Tujuan Penelili,

11. TINJAUAN PU

A. 1;cadaan Jellis I<ayu di Indone B. Keragaman Sifat Mekanis Kayu C. Pcmilahan Kay1

D. Penyisunai1 Kekuatan K a y

E. Reference Resistance dalain Forn~at LRFD ... I6

111. BAHAN DAN METODE

A. Bahan dan Alat

B. Metode Pengola

1. Pengujian Peng

2. Penyetaraan Deta Hasil Pei~elitian Puslilba~lg Pemokiman Ralqat di Bandung, Jawa

Barat dengan Hasil Penelitian Laboralorium Keteklulikan Ka.y Fakultas Kelmtalan

4. Pet~yosunan Reference Resistance data111 Fonnar LRFD 5. Pe~~yusuw;u~ Kelas-Kelas Mu1

A. DisUibusi Kelenturm dan Kekuala

C. Perbandingan Data Hasil Penelitian Laboralorium Ketekhnikan Kayu Fakultas

...

Kehutanan IPB dengan Puslitbang Pemukiman Rakyal di Bandung 30

...

D. Penyusonan Kekuatan Kayu 33

E. Pengkelasan Mulu

\J. I<ESIRlPULAN DAN S A M N

- 1

-2