ANALISIS KEKUATAN SAMBUNGAN GESER GANDA MENGGUNAKAN BAUT TUNGGAL PADA KAYU KARET (Hevea brasiliensis Muell. Arg)

PADA KAYU KARET (Hevea brasiliensis Muell. Arg)

SKRIPSI

TSUROYYA NURANNISA HARAHAP 161201086

DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2020

SKRIPSI

Oleh:

TSUROYYA NURANNISA HARAHAP 161201086

SKRIPSI SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MEMPEROLEH GELAR SARJANA DI FAKULTAS KEHUTANAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2020

Saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Tsuroyya Nurannisa Harahap

NIM : 161201086

Judul Skripsi : Analisis Kekuatan Sambungan Geser Ganda Menggunakan Baut Tunggal Pada Kayu Karet (Hevea brasiliensis Muell. Arg)

Menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan skripsi ini, telah penulis cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika penulisan ilmiah.

Medan, 24 Agustus 2020

Tsuroyya Nurannisa Harahap NIM.161201086

Geser Ganda Menggunakan Baut Tunggal Pada Kayu Karet (Hevea brasiliensis Muell. Arg). Dibimbing oleh EVALINA HERAWATI.

Kayu karet merupakan salah satu alternatif untuk penggantian kayu dari hutan yang dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dan komponen bangunan.

Namun, panjang maksimum kayu konstruksi yang banyak beredar di pasar saat ini memiliki dimensi terbatas dengan panjang maksimal 4 meter. Oleh sebab itu perlu dilakukan penyambungan dengan pengencang untuk memperoleh bentang yang lebih panjang lagi. Suatu bangunan struktural harus cukup kuat yang dapat memberikan rasa aman dan nyaman bagi penghuninya. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui sifat fisis, mekanis, kuat tumpu baut serta pengaruh variasi ketebalan kayu dan diameter baut terhadap nilai kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada kayu karet (Hevea brasiliensis).Hasil pengujian sifat fisis kayu menunjukkan bahwa nilai rata-rata kadar air , berat jenis dan kerapatan masing-masing sebesar 14,29%, 0,55 dan 0,59 g/cm³. Sedangkan pada sifat mekanis kayu menunjukkan bahwa nilai rata-rata tekan sejajar serat sebesar 354 kgf/cm², tarik sejajar serat sebesar 816 kgf/cm², geser sejajar sejat sebesar 99 kgf/cm² dan kekerasan sebesar 275 kgf/cm². Faktor variasi kombinasi ketebalan sambungan kayu dan diameter baut tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap nilai kekuatan sambungan kayu. Ketebalan kayu tidak berpengaruh nyata terhadap kekuatan sambungan baut. Namun, besar diameter baut memberikan pengaruh nyata terhadap nilai kekuatan sambungan kayu. Nilai rata-rata kekuatan sambungan kayu karet secara keseluruhan berdasarkan model batas leleh sebesar 404 kg lebih besar dibandingkan dengan nilai rata-rata Z eksperimental sebesar 285 kg.

Kata kunci: kayu karet, sifat fisis, sifat mekanis, sambungan kayu

With Single Bolt on Rubber Wood (Hevea brasiliensis Muell. Arg). Supervised by EVALINA HERAWATI.

Rubber wood is an alternative for replacing wood from forests which is used as industrial raw material and building components. However, the maximum length of construction wood that is widely circulating in the market today has limited dimensions with a maximum length of 4 meters. Therefore, it needs to be connected using fastener to obtain a longer span. A structural building must be strong enough to provide safety and comfort for its residents. This study was conducted to determine the physical and mechanical properties, bearing strength and the effect of bolt diameter and the thickness of wood on the double shear strength with single bolt on rubber wood (Hevea brasiliensis Muell. Arg).

The results of this study showed that the average values of physical properties, such as water content, specific gravity and density respectively 14.29%, 0.55 and 0.59 g / cm³. Whereas the mechanical properties, such as compression parallel to grain was 354 kgf/cm², tension parallel to grain was 816 kgf/cm², shear was 99 kgf/cm² and hardness was 275 kgf/cm². The variation factor of wood thickness and bolt diameter were not significantly affected on the double shear connection strength of wood. Whereas the bolt diameter was significantly affected on the double shear connection strength of wood. The average value of double shear strength with single bolt on rubber wood based on yield limit equation was 404 kg higher than the average value of experimental Z was 285 kg.

Keywords: rubber wood, physical properties, mechanical properties, wood connection

Penulis dilahirkan di kota Sidikalang, Sumatera Utara pada tanggal 18 Oktober 1998. Penulis merupakan anak ke 4 dari 5 bersaudara oleh pasangan Kiki Nurlalela dan Ali Damra Harahap.

Penulis memulai pendidikan di SD Negri 030277 Sidikalang pada tahun 2004 – 2010, pendidikan tingkat Sekolah Menengah Pertama di SMP Negri 3 Sidikalang pada tahun 2010 – 2013, pendidikan tingkat Sekolah Menengah Atas di SMA Negri 1 Sidikalang pada tahun 2013 – 2016. Pada tahun 2016, penulis lulus di Fakultas Kehutanan USU melalui jalur SBMPTN. Penulis memilih minat Departemen Teknologi Hasil Hutan.

Semasa kuliah penulis merupakan anggota organisasi BKM Baytul Asyjar dan anggota organisasi Pemerintahan Mahasiswa Fakultas Kehutanan USU tahun 2018 – 2019. Kegiatan organisasi yang pernah dibuat/diikuti penulis adalah mengadakan Seminar Nasional dan Pelatihan Petani Gaharu sebagai sekretaris divisi PTT di Fakultas Kehutanan USU dan pelatihan di Kabupaten Langkat pada tahun 2018, mengadakan kegiatan Seminar Leadership dan Entrepreunership sebagai panitia di Fakultas Kehutanan USU pada tahun 2018.

Penulis juga telah mengikuti Praktik Pengenalan Ekosistem Hutan di hutan mangrove desa Lubuk Kertang pada tahun 2018. Pada tahun 2019 penulis juga telah menyelesaikan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di KPH Perhutani Semarang pada tahun 2019. Pada bulan Mei tahun 2019 penulis melaksanakan penelitian dengan judul “Analisis Kekuatan Sambungan Geser Ganda Menggunakan Baut Tunggal Pada Kayu Karet (Hevea brasiliensis Muell. Arg) dibawah bimbingan Dr. Evalina Herawati, S.Hut., M.Si.

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini berjudul “Analisis Kekuatan Sambungan Geser Ganda Menggunakan Baut Tunggal Pada Kayu Karet (Hevea brasiliensis Muell. Arg)

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Evalina Herawati, S.Hut., M.Si selaku komisi pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis serta memberikan berbagai masukan berharga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini, Ibu Novita Anggraini, S.Hut, M.Sc, Bapak Yunus Afifuddin, S.Hut., M.Si, dan Bapak Onrizal, S.Hut., M.Si., Ph.D selaku penguji pada ujian komprehensif/sidang meja hijau skripsi atas masukan, kritik, arahannya dan meluangkan waktunya sehingga sidang skripsi saya berjalan dengan lancar.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Tidak lupa juga terimakasih penulis sampaikan semua pihak yang telah memberikan dukungan moril maupun materil sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik dan dapat dipergunakan oleh banyak orang sebagai bahan penyalur informasi pengetahuan.

Penelitian ini terlaksana atas bantuan hibah penelitian dosen pembimbing.

Penulis berharap semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi semua pihak sebagai bahan penyalur informasi pengetahuan. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih.

Medan, 24 Agustus 2020

Tsuroyya Nurannisa Harahap

LEMBAR PENGESAHAN ... i

PERNYATAAN ORISINALITAS ... ii

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

RIWAYAT HIDUP ... v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR... ix

DAFTAR LAMPIRAN ... x

PENDAHULUAN Latar Belakang. ... 1

Tujuan Penelitian ... 3

Kegunaan Penelitian ... 3

TINJAUAN PUSTAKA Kayu Karet (Hevea brasiliensis Muell. Arg). ... 4

Sifat Fisis Kayu. ... 5

Sifat Mekanis Kayu ... 6

Kekuatan Tumpu Baut ... 9

Kekuatan Leleh Lentur Baut ... 10

Kekuatan Sambungan Kayu ... 10

METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat ... 12

Alat ... 12

Bahan... 12

Prosedur Penelitian ... 12

Persiapan Bahan ... 12

Pemotongan Contoh Uji ... 13

Pengujian Sifat Fisis Kayu ... 13

Pengujian Sifat mekanis Kayu... 14

Pengujian Kuat Tumpu Baut ... 17

Pengujian Leleh Lentur Baut ... 18

Pengujian Sambungan Kayu Geser Ganda... 19

Analisis Data ... 22

HASIL DAN PEMBAHASAN... 36

Sifat Fisis Kayu ... 24

Sifat mekanis Kayu ... 25

KESIMPULAN DAN SARAN... 36

Kesimpulan ... 36

Saran ... 36

DAFTAR PUSTAKA ... 37

LAMPIRAN ... 41

No Teks Halaman

1. Kelas kuat kayu berdasarkan berat jenis menurut PKKI 1961 ... 6

2. Kelas kuat kayu dan tegangan tekan // serat menurut PKKI 1961 ... 7

3. Kelas kuat kayu dan tekan // serat absolut menurut PKKI 1961 ... 8

4. Persamaan nilai model batas leleh sambungan kayu geser ganda... 21

5. Faktor Reduksi (Rd) ... 22

6. Nilai rata-rata sifat fisis dan mekanis kayu karet (Hevea brasiliensis) .. 24

7. Perbandingan kekuatan tumpu baut kayu karet dengan NDS 2015 dan SNI 7973 (2013) berdasarkan berat jenis kayu ... 28

8. Rataan beban leleh dan kekuatan leleh lentur baut (Fyb) ... 29

9. Nilai rata-rata kekuatan sambungan kayu (Z) menurut diameter baut dan kombinasi tebal kayu berdasarkan model batas leleh dan ekperimental ... 31

No Teks Halaman 1. Sketsa pemotongan balok kayu menjadi contoh uji sifat fisis mekanis

dan contoh uji geser sambungan ganda ... 13

2. Pemotongan sampel uji sambungan kayu dengan ukuran tebal 5 cm, 3,8 cm, dan 2,5 cm ... 13

3. Pengujian sifat fisis kayu. ... 14

4. Pengujian tekan sejajar serat. ... 15

5. Pengujian kuat tarik sejajar serat ... 16

6. Pengujian kuat geser sejajar serat ... 17

7. Pengujian kekerasan kayu ... 17

8. Sketsa pengujian kekuatan tumpu baut ... 18

9. Pola kerusakan uji kuat tumpu baut sejajar serat ... 18

10. Pengujian kuat leleh lentur baut. ... 19

11. Sketsa pengujian kekuatan sambungan ganda dengan baut tunggal. ... 20

12. Mode atau tipe kerusakan berdasarkan model batas leleh. ... 20

13. Grafik nilai rata-rata kekuatan sambungan kayu (Z) berdasarkan kombinasi ketebalan kayu. ... 32

14. Nilai rata-rata kekuatan sambungan kayu berdasarkan diameter baut ... 33

15. Perbandingan nilai kekuatan sambungan kayu (Z) ... 34

No. Teks Halaman

1. Nilai sifat fisis kayu karet (Hevea brasiliensis) ... 40

2. Nilai sifat mekanis kayu karet (Hevea brasiliensis . ... 40

3. Nilai kuat tumpu baut kayu karet (Hevea brasiliensis). ... 41

4. Nilai kuat leleh lentur baut (Fyb) ... 42

5. Nilai kuat rata-rata kekuatan sambungan kayu karet (Hevea brasiliensis) ... 43

6. Pengujian kekerasan Hasil analisis statistik pada selang kepercayaan 95% terhadap kayu... 44

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Kayu adalah bahan bangunan yang dipilih sejak awal peradaban manusia karena sifatnya yang mudah dikerjakan, fleksibel dan estetik. Kayu digunakan di berbagai daerah sebagai bahan bakar, instrumen, perahu, perabot, dekorasi dan konstruksi. Namun, penggunaan kayu yang paling umum adalah di industri konstruksi. Kayu adalah salah satu sumber daya utama terbarukan di dunia, produksi limbahnya selama pembuatan rendah serta dapat menyerap dan menyimpan karbon pada batang selama proses fotosintesis berlangsung. Karena itu dapat disebutkan bahwa kayu merupakan bahan yang ramah lingkungan (Koca, 2018).

Ketersediaan kayu komersial dari hutan alam semakin berkurang akibat adanya tindakan yang berlebihan dalam mengeksploitasi hutan alam dan telah berlangsung lama. Karena banyaknya tindakan eksploitasi hutan yang berlebihan, maka KLHK menerbitkan suatu proses legalitas kayu yang disebut sebagai Sistem Verifkasi Legalitas Kayu (SVLK) yang diterbitkan dalam PermenLHK No. P.30/2016 serta Perdirjen PHPL No. P.14/2016 No P.15/2016 untuk menjamin legalitas kayu bulat yang bersumber dari Indonesia. Beberapa alternatif lain yang telah banyak dilakukan oleh masyarakat maupun industri untuk memenuhi kebutuhan kayu bulat seperti pemanfaatan kayu berdiameter kecil, kayu kurang dikenal, kayu HTI serta kayu perkebunan masyarakat seperti kayu karet (Hevea brasiliensis) (Arsad, 2009).

Ketersediaan kayu karet telah mendorong keberhasilan industri kayu di Malaysia, Thailand dan Indonesia dalam beberapa tahun terakhir. Kayu karet merupakan salah satu kayu utama untuk produksi furniture dan komponen bangunan dalam ruangan. Kayu karet adalah salah satu alternatif untuk penggantian kayu dari hutan (Junior et al., 2015).

Suatu bangunan struktural harus cukup kuat sehingga penghuninya dapat merasa aman dan nyaman. Hal ini mengharuskan struktur bangunan tersebut memiliki kekakuan, kekuatan, kestabilan dan keseimbangan yang cukup (Canonica, 1991). Kekuatan kayu memiliki peranan penting dalam pemanfaatannya sebagai bahan bangunan dan pemanfaatan lainnya. Pada

hakikatnya, syarat kekuatan ini dituntut agar terpenuhi hampir di semua penggunaan kayu (Dumanauw, 2001).

Saat ini, bentang kayu yang cukup panjang sangat sulit diperoleh. Panjang maksimum kayu konstruksi yang banyak beredar di pasar memiliki panjang 4 meter. Keadaan ini memerlukan tindakan penyambungan pada kayu jika struktur bangunan yang direncanakan membutuhkan kayu dengan bentang yang lebih panjang lagi. Oleh sebab itu, sambungan kayu menjadi bagian yang tidak terpisahkan dalam bangunan struktural (Agussalim, 2010). Bagian terlemah dari suatu konstruksi kayu terletak pada sambungannya jika ditinjau dari sudut konstruksi. Kegagalan konstruksi kayu sering disebabkan oleh gagalnya material kayu pada sambungan itu sendiri. Rendahnya kekuatan sambungan pada konstruksi kayu disebabkan oleh beberapa hal diantaranya adalah terjadinya pengurangan luas tampang, terjadinya penyimpangan arah serat dan terbatasnya luas sambungan (Siagian, 2014b).

Paku, sekrup atau baut merupakan alat pengencang sambungan kayu yang umum dipakai disamping penggunaan berbagai macam alat penyambung lainnya.

Kualitas sambungan kayu menggunakan baut dipengaruhi oleh kualitas kayu dan baut yang digunakan. interaksi antara kuat tumpu baut terhadap kayu, kuat lentur baut, jenis dan riwayat pembebanan, cacat kayu dan umur kayu dapat menentukan kualitas kekuatan sambungan kayu (FPL, 2010; Tjondro, 2007).

Penelitian mengenai besarnya nilai kekuatan sambungan kayu menggunakan baut telah banyak diteliti. Berdasarkan Penelitian oleh Sadiyo et al. (2012), Sugiarto et al. (2019) dan Herawati (2018) menunjukkan nilai desain lateral acuan (Z) yang beragam. Ragam metode yang digunakan dalam beberapa penelitian tersebut berdasarkan dari jenis kayu, jenis sambungan, ketebalan kayu (berkisar antara 2,5-5 cm), diameter baut (berkisar antara 6 – 19 mm) sehingga menyebabkan nilai kekuatan kayu (Z) yang beragam.

Komponen pembentuk sambungan seperti balok kayu dan baut merupakan salah satu faktor yang akan mempengaruhi kekuatan sambungan kayu. Kombinasi sambungan menggunakan balok kayu dengan variasi ketebalan yang berbeda dan alat sambung yang menggunakan baut dalam ukuran berbeda akan memberikan nilai kekuatan sambungan yang berbeda pula terhadap beban tarik yang bekerja.

Berdasarkan uraian di atas, maka dilakukan penelitian tentang sambungan kayu untuk mengetahui kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada kayu karet (Hevea brasiliensis) melalui variasi ketebalan kayu dan diameter baut.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Menentukan sifat fisis, mekanis dan kuat tumpu baut pada kayu karet (Hevea brasiliensis).

2. Menentukan pengaruh variasi ketebalan kayu dan diameter baut terhadap nilai kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada kayu karet (Hevea brasiliensis).

Kegunaan Penelitian

Penelitian ini berguna untuk :

1. Memberi informasi berupa sifat fisis, mekanis dan kuat tumpu baut pada kayu karet (Hevea brasiliensis).

2. Memberi informasi berupa pengaruh variasi ketebalan kayu dan diameter baut terhadap nilai kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada kayu karet (Hevea brasiliensis).

TINJAUAN PUSTAKA

Kayu karet (Hevea brasiliensis Muell. Arg)

Kayu karet memiliki potensi yang cukup besar dalam pengolahan bahan baku industri. Menurut Janudianto et al. (2013), luas perkebunan karet di Indonesia diperkirakan lebih dari 3,4 juta hektar, 85% di antaranya 2,9 juta hektar merupakan perkebunan karet yang dikelola oleh rakyat, dan sisanya dikelola oleh perkebunan besar milik negara maupun swasta. Daerah penghasil karet terbesar di Indonesia terdapat di Sumatera dan Kalimantan. Persebaran kebun karet di Sumatera Utara mencapai 465.000 hektar dan Kalimantan Barat mencapai 388.000 hektar.

Tanaman karet dan sering disebut rubber (Belanda) merupakan famili Euphorbiaceae (Suheryanto, 2009). Berdasarkan P3HH et al. (2008), dapat disimpulkan bahwa kayu karet termasuk ke dalam kayu kelas kuat II-III yang berarti serupa dengan kayu hutan alam seperti jabon, jelutung, meranti kuning, nyatoh, ramin, gmelina dan durian di luar dari kayu hutan alam lainnya. Kayu karet termasuk ke dalam kelas awet V (keawetan sangat rendah) yang artinya ketahanan kayu kurang dari 1,5 tahun bila digunakan langsung pada tempat yang lembab. Kayu karet dapat diawetkan untuk memperpanjang umur pakainya meskipun mempunyai keawetan yang sangat rendah yang termasuk ke dalam kuat II dan III serta berat jenis rata-rata 0,61 (Suheryanto, 2009).

Nilai mekanik kayu karet bervariasi tergantung pada usia dan tinggi pohon. Kayu karet telah dikategorikan sebagai kayu dengan kekuatan sedang dan tahan lama. Lingkaran pertumbuhan pada kayu karet tampak cukup jelas. Kayu karet berwarna putih dan memiliki tekstur bagus sehingga berpotensi sebagai bahan baku olahan serta dapat menggantikan kayu hutan alam yang keberadaannya semakin langka. Namun, pada keadaan segar warna kayu karet cepat berubah akibat pewarna dari jamur biru. Untuk menghindari serangan dari jamur biru dan hama, maka perlu diberikan perlakuan terlebih dahulu sejak dari penebangan sampai pengolahan sebelum kering. Jika ditinjau dari sifat fisis, mekanis, dan sifat dasar lainnya seperti warna, tekstur kayu karet dan ketersediaan bahan baku kayu, kayu karet dapat dimanfaatkan sebagai substitusi kayu alam

untuk memenuhi kebutuhan industri perkayuan karet pada perkebunan karet, sangat memungkinkan (Boerhendhy et al., 2003; Suheryanto dan Haryanto, 2009;

Riyaphan et al., 2015; dan Setiawan et al., 2014).

Sifat Fisis Kayu

Haygreen et al., (2003) menyatakan bahwa sifat fisis dan mekanis kayu sangat penting diketahui dalam menentukan kekuatan kayu. Sifat fisis kayu dipengaruhi oleh beberapa faktor di antaranya adalah air di dalam dinding sel, jumlah zat kayu yang terdapat pada suatu volume tertentu, persentase komponen utama pembentuk dinding sel, persentase zat ekstraktif dan susunan orientasi fibril dalam sel atau jaringan termasuk jenis serta ukuran dan proporsinya. Beberapa sifat fisis kayu yang penting adalah:

a. Kadar Air Kayu

Banyaknya kandungan air pada kayu disebut sebagai kadar air kayu. Kayu akan melepas atau menghisap air dari udara di sekelilingnya, sampai kadar air di dalam kayu seimbang dengan kadar air udara di sekelilingnya. Kadar air kayu pada titik kesetimbangan tersebut dinamakan kadar air kesetimbangan. Kadar air kayu akan berubah cenderung ke arah kesetimbangan karena kayu dalam penggunaannya selalu berhubungan dengan perubahan udara (Frick, 1982). Jika kelembaban hilang, kayu akan menyusut. Jika uap air diserap kembali, kayu akan mengembang. Penurunan kadar air di bawah titik jenuh serat disertai dengan peningkatan sifat kekuatan kayu (Breyer, 2007). Hal ini sesuai dengan penelitian Fauzan et al. (2009), bahwa peningkatan kadar air kayu berbanding lurus dengan kuat gesernya, namun berbanding terbalik dengan kuat tarik dan kuat tekannya.

b. Berat Jenis dan Kerapatan Kayu

Berat jenis merupakan perbandingan antara berat dan volume kayu dalam keadaan kering udara dengan kadar air sekitar 15%. Seperti yang kita ketahui pada umumnya bahwa hampir semua berat jenis kayu berbanding lurus dengan sifat fisisnya (P3HH et al., 2008). Hal ini tidak jauh berbeda dengan pernyataan Dumanuw (2001), bahwa berat jenis kayu ditentukan oleh ketebalan dinding sel dan kecilnya rongga sel yang membentuk pori-pori pada kayu. Berat jenis kayu diperoleh dari perbandingan antara berat suatu volume kayu berdasarkan berat

kering tanur atau kering udara dan volume kayu pada posisi kadar air tertentu.

Makin berat berat jenisnya, umumnya makin kuat pula kekuatannya.

Tabel 1. Kekuatan kayu berdasarkan kekuatan absolut menurut PKKI 1961 Kelas kuat Bj kering udara

I >0.9

II 0.9-0.6

III 0.6-0.4

IV 0.4-0.3

V < 0.3

Sifat Mekanis Kayu

Sifat-sifat mekanik kayu merupakan kekuatan serta ketahanan kayu terhadap perubahan bentuk suatu bahan. Kekuatan adalah kapasitas kemampuan suatu bahan untuk memikul beban terhadap gaya yang diterimanya. Ketahanan kayu terhadap perubahan bentuk menentukan banyaknya bahan yang dimampatkan, terpuntir, atau terlengkungkan oleh suatu beban yang diterimanya.

Sifat mekanik biasanya merupakan ciri-ciri terpenting dari produk kayu sebagai bahan struktural (Cenry, 1981). Pengetahuan tentang sifat mekanis kayu diperoleh dari hasil eksperimen menggunakan mesin uji khusus dan penggunaan secara langsung (Mardikanto et al., 2011). Beberapa sifat mekanis kayu yang penting adalah:

a. Kekuatan Tekan Sejajar Serat Kayu

Kuat tekan sejajar serat kayu adalah kapasitas maksimum kayu dalam menahan beban searah sejajar serat kayu (FPL, 2010). Faktor yang mempengaruhi perilaku tekan pada bahan padat seperti kayu diantaranya adalah distribusi kerapatan kayu tebal dan dinding sel tersebut. Perilaku elastis pada kayu lebih tergantung pada kerapatan dibandingkan dengan karakteristik anatomi kayu (Sadiyo et al., 2012). Besarnya beban yang mampu dipikul suatu tiang atau pancang yang pendek dapat ditentukan dengan kuat tekan sejajar serat kayu (Cenry, 1981).

Berdasarkan hasil yang diperoleh Susanto (2017) pada pengujian kekuatan tekan maksimum sejajar serat menunjukkan bahwa nilai yang didapat berbanding lurus dengan nilai kerapatan dan berat jenis kayu. Semakin tinggi nilai berat jenis dan kerapatan kayu maka nilai kekuatan tekan maksimum sejajar serat semakin

tinggi pula. Hal ini dikarenakan dinding sel pada kayu berkerapatan tinggi lebih tebal dibandingkan kayu berkerapatan rendah.

Tabel 2. Kelas kuat kayu dan tegangan tekan // serat menurut PKKI 1961 : Kelas kuat kayu Tegangan tekan // serat

(σ tkn //) (kg/cm²)

Elastisitas (E) (kg/cm²)

I > 650 125.000

II 650 – 425 100.000

III 425 – 300 80.000

IV 300 – 215 60.000

V < 215 _

b. Kekuatan Tarik Sejajar Serat Kayu

Kuat tarik sejajar serat kayu adalah tegangan maksimum yang di terima oleh kayu dari pengujian dengan gaya tarik yang diterapkan pada arah sejajar serat kayu (FPL, 2010). Tarikan akan terjadi apabila gaya (beban) yang cenderung untuk menarik bagian-bagian dari suatu benda. Gaya ini akan menyebabkan bagian dalam benda tersebut berusaha menahan gaya tadi yang berupa tegangan tarik. Disamping terjadi tegangan, akan terlihat perubahan bentuk yang berupa perpanjangan pada benda yang bersangkutan. Besar kekuatan tarik sejajar serat tergantung pada kekuatan serat yang terlihat secara alami dari suatu kayu dan juga susunan seratnya seperti keberadaan serat miring akan mengurangi kekuatan tarik sejajar serat (Mardikanto et al., 2011).

c. Kekuatan Geser Kayu

Kekuatan geser kayu adalah kapasitas kekuatan kayu dalam menahan gaya luar yang diberikan pada kayu sehingga membuat suatu bagian kayu tersebut bergeser atau bergelingsir ke bagian lain yang berada di dekatnya (Dumanauw, 2001). Dua bidang dalam satu benda (kayu) akan saling bergeseran satu sama lain dengan bidang geserannya dan arah geseran sama-sama sejajar terhadap serat kayu. Dengan adanya beban ini akan timbul regangan geser.

Peringkat kekuatan kayu terbesar adalah pada geser tegak lurus serat yang selanjutnya disusul oleh kekuatan geser sejajar serat (Mardikanto et al, 2011).

Kekuatan geser kayu yang sejajar terhadap serat kayu bertujuan untuk mengetahui kemampuan kayu dalam mempertahankan internal slip pada suatu serat dengan serat lainnya. Nilai kekuatan geser sejajar serat pada kayu ini diperoleh dari rata- rata kekuatan pada bidang geser kayu arah radial dan tangensial (Bakri, 2008).

Kekuatan geser sejajar serat kayu merupakan hal penting apabila merancang sambungan antara unsur-unsur struktural dalam suatu bangunan (Haygreen dan Bowyer, 1996). Menurut Herawati (2018) kekuatan geser sejajar serat memiliki hubungan yang positif dengan nilai berat jenis dan kuat tumpu yang dihasilkan sehingga dapat menjadi salah satu parameter untuk menduga nilai kekuatan sambungan kayu.

Untuk menentukan kelas kuat kayu berdasarkan kuat geser kayu memerlukan tegangan geser absolut, namun tegangan geser absolut di dalam PKKI 1961 tidak ada, sehingga perlu dilakukan dengan cara pendekatan. Berikut didapat tabel tegangan geser absolut menurut PKKI 1961 sesuai dengan kelas kuat kayu dan tekan sejajar serat absolut:

Tabel 3. Kelas kuat kayu dan tekan // serat absolut (σ tkn //), menurut PKKI 1961 Kelas kuat

Kayu

τ // absolut (kg/cm²)

Elastisitas (E) (kg/cm²)

I > 100 125.000

II 60 – 100 10.000

III 40 – 60 80.000

IV 23,89 – 40 60.000

V < 23,89 _

d. Kekerasan Kayu

Kapasitas kemampuan kayu untuk menahan indentasi (indentention) atau tekanan atau pijitan pada permukaan kayu disebut juga sebagai kekerasan kayu.

Beban yang digunakan adalah setengah bola baja (diameter 0,607 in) yang dibenamkan pada permukaan contoh uji. Sifat kekerasan kayu ini juga dapat dikatakan sebagai ukuran kemampuan kayu untuk menahan kikisan pada permukaan kayu (Mardikanto et al., 2011)

Apabila sifat ini digabungkan dengan sifat keuletan, maka sifat kekerasan kayu merupakan gabungan sifat yang sangat menentukan dalam pemakaian kayu utnuk bahan bangunan. Hal ini sesuai dengan penelitian Herawati (2018) terhadap kayu merbau menunjukkan nilai kekerasan tertinggi yaitu 79 MPa dengan BJ 0,82 dan terendah terdapat pada kayu meranti merah ringan yaitu 24 MPa dengan berat jenis 0,43.

Kekuatan Tumpu Baut

Kuat tumpu baut merupakan suatu sifat mekanik pada baut dan dapat ditentukan berdasarkan hasil uji yang menampilkan batas kekuatan dari kayu di sekeliling lubang terhadap gaya tekan oleh pasak atau baut (Tjondro, 2007). Glisovic et al. (2012) menyatakan bahwa berat jenis kayu merupakan salah satu faktor penting pada kekuatan tumpu baut sehingga antara kekuatan tumpu baut dengan berat jenis kayu memiliki korelasi yang signifikan.

Smart (2002) mengungkapkan bahwa kekuatan tumpu baut dipengaruhi oleh variabel-variabel seperti berat jenis, kadar air, sudut pada arah pembebanan dengan orientasi serat kayu, tingkat dan waktu pembebanan, luasan lubang baut dan sudut baut pada arah datangnya beban.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Herawati (2018) diperoleh persamaan kuat tumpu baut (bolt bearing strength, Fe) berdasarkan 6 jenis kayu di indonesia dengan berat jenis yang berbeda-beda dimana persamaan yang dibangun tersebut tersebut tidak hanya dipengaruhi oleh kadar air berat jenis kayu namun juga oleh rasio kelangsingan baut. Secara umum nilai Fe meningkat pada semua diameter baut dengan meningkatnya nilai BJ kayu, namun diameter baut tidak berpengaruh nyata terhadap nilai kuat tumpu baut disebabkan besarnya rasio antara tebal elemen kayu (contoh uji) terhadap diameter baut relatif sama pada semua diameter baut yang diuji. Semakin besar diameter baut yang diuji maka semakin luas permukaan elemen kayu yang menahan baut tersebut.

FPL (2010) menyatakan bahwa jenis dan ukuran lubang baut yang akan dimasukkan ke dalam kayu dapat mempengaruhi nilai kekuatan tumpu baut.

Ketidakseragaman tumpuan disebabkan oleh lubang baut yang terlalu besar sedangkan keretakan kayu disebabkan oleh lubang baut yang terlalu kecil saat baut akan dimasukkan atau diberi beban.

Kapasitas kekuatan tumpu pada baut dapat diketahui dengan menggunakan pendekatan European Yield Model (EYM). Secara umum, teori leleh mengasumsikan mekanisme plastisitas pada alat sambung dan sambungan kayu . Untuk memperoleh nilai kuat tumpu, dibuat garis lurus yang menyingung daerah linier awal pada grafik, kemudian membuat garis offset sejarak 5% dari diameter

baut yang digunakan, lalu beban leleh diperoleh dari hasil perpotongan garis offset 5% dengan grafik hubungan beban dan peralihan (Diredja, 2018).

Kekuatan Leleh Lentur Baut

Beban leleh yang ditentukan dengan metode offset 5% diameter dapat digunakan sebagai beban untuk menghitung kekuatan leleh lentur baut didasarkan pada sesuai ASTM F1575-03: Standard Test Method for Determining Bending Yield Moment of Nails (ASTM, 2014c). Diameter baut yang berukuran lebih kecil akan memiliki nilai Fyb yang lebih besar. Hal ini disebabkan karena nilai modulus penampang yang semakin besar dan berbanding terbalik dengan nilai F_yb (Herawati et al., 2017). Hal ini juga serupa dengan pernyataan Pranata et al. (2013), bahwa nilai kuat leleh lentur akan semakin besar apabila diameter baut semakin kecil.

Kekuatan Sambungan Kayu

Sambungan adalah suatu konstruksi pada beberapa batang kayu yang disatukan untuk memenuhi kebutuhan ukuran dimensi tertentu yang sesuai dengan bentuk pada penggunaan konstruksi kayu tersebut. Menurut Siagian (2014b), sambungan kayu adalah dua batang kayu atau lebih yang disambung sehingga menjadi satu batang kayu panjang atau mendatar maupun tegak lurus dalam satu bidang datar atau bidang dua dimensi.

Salah satu alat penyambung yang biasa digunakan untuk desain kontruksi adalah baut. Sambungan kayu menggunakan baut telah banyak diaplikasikan untuk konstruksi kayu yang menerima beban besar (Thelandersson dan Larsen, 2003). Menurut EYM, kinerja sambungan kayu sangat tergantung pada kekuatan dowel. Berdasarkan faktor geometri, sambungan kayu menggunakan baut lebih rumit dibandingkan sambungan dengan pengencang tipe dowel lainnya misalnya paku. Hal ini disebabkan beberapa faktor yang mempengaruhi faktor geometri pada sambungan baut yaitu arah pembebanan terhadap serat, perbandingan panjang tumpu baut dengan diameter baut (kelansingan) dan jenis gaya pada elemen sambungan (tarik atau tekan) (Breyer et al., 2007).

Menurut Irawanti (2011) pada penelitiannya mengenai sambungan kayu menggunakan baut dengan diameter 6,4 mm, 7,9 mm dan 9,5 mm, nilai kekuatan sambungan kayu juga semakin meningkat seiring dengan bertambahnya diameter

baut. Hal ini menunjukkan diameter baut dapat digunakan dalam menduga kekuatan sambungan kayu. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Agussalim (2010) kekuatan sambungan kayu juga dipengaruhi oleh faktor kekuatan leleh lentur baut. Nilai kekuatan leleh lentur baut yang rendah cenderung merusak kayu sehingga menghasilkan beban yang lebih kecil saat disambung.

Selain itu, berdasarkan hasil penelitian nilai kekuatan sambungan juga dapat diduga oleh kekuatan tumpu baut dan kekuatan tekan maksimum sejajar serat kayu. Kayu dengan nilai kekuatan tumpu baut dan tekan maksimum sejajar serat yang tinggi akan mampu memikul beban yang lebih besar sehingga nilai kekuatan sambungan akan lebih tinggi (Susanto, 2017).

Jika dilihat berdasarkan sudut konstruksi, sambungan merupakan bagian terlemah dari suatu konstruksi kayu (Siagian, 2014a). Mode atau tipe kerusakan sambungan berdasarkan model batas leleh terdiri dari enam tipe pada sambungan geser tunggal dan empat tipe pada sambungan geser ganda. Tipe kerusakan ini didasarkan pada kondisi kerusakan yang terjadi baik pada kayu yang disambung maupun dowel sebagai penyambung atau pengencangnya. Tipe kerusakan sambungan kayu yang diharapkan adalah kerusakan yang melibatkan elemen yang disambung dan penyambung (pengencangnya) (Breyer et al., 2007).

Terdapat empat ragam model kelelehan sambungan dengan pasak/baut yang mungkin terjadi pada sambungan menurut BSN (2013)

1. Ragam leleh I: kayu hancur baik pada struktur samping maupun struktur utama dengan kekuatan baut lebih besar dari kekuatan kayu. Mode Im kayu utama yang hancur, sedangankan mode Is kayu sekunder yang hancur.

2. Ragam leleh II: kayu hancur lokal dekat muka balok kayu karena pivoting/

berputarnya baut kaku terhadap bidang geser.

3. Ragam leleh III: hancurnya kayu dan baut leleh terhadap lentur dengan suatu titik sendi plastis per bidang geser. Ragam kelelehan IIIm kayu utama yang hancur dan sendi baut plastis di kayu sekunder, sedangkan ragam IIIs kayu sekunder yang hancur dan sendi baut plastis di kayu utama.

4. Ragam leleh IV: baut leleh terhadap lentur dengan dua titik sendi plastis per bidang geser dan dengan hancurnya kayu.

METODE PENELITIAN

Waktu dan Tempat

Penelitian dilaksanakan pada bulan Mei 2019 sampai dengan Mei 2020.

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Hasil Hutan dan Workshop, Departemen Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Universitas Sumatera Utara.

Alat

Alat yang digunakan yaitu moisture meter, mesin gergaji, penggaris, kaliper, timbangan analitik, oven, mesin serut (double planer), dan mesin bor.

Sedangkan alat yang digunakan untuk pengujian sifat mekanis kayu (uji tekan sejajar serat, uji geser sejajar serat, uji tarik sejajar serat, uji kekerasan, uji kuat tumpu baut, uji kuat leleh lentur baut dan uji sambungan kayu) menggunakan Universal Testing Machine (UTM) merk Tensilon dengan kapasitas 5 ton.

Bahan

Balok dari kayu karet (Hevea brasiliensis) yang digunakan berukuran 6 cm × 12 cm × 130 cm sebanyak 70 buah dipotong sepanjang 40 cm sebanyak 30 buah untuk pembuatan contoh uji sambungan kayu dengan ketebalan terdiri dari tiga yaitu 2.5, 3.8 dan 5.0 cm. Setiap contoh uji terlebih dahulu dibor sebanyak dua titik di salah satu ujungnya untuk pemasangan pada pemegang (grip). Ujung lain dibor sesuai dengan diameter baut yang telah ditentukan dengan jarak 7D dari ujung. Contoh uji sambungan terdiri dari 3 kombinasi ketebalan kayu (2.5-5-2.5, 3.8-5-3.8, 5.0-5.0-5.0 cm) masing-masing sebanyak 5 ulangan pada tiap ketebalan dan diameter baut yang digunakan. Selain kayu, bahan utama penelitian ini adalah baut besi dengan variasi ukuran diameter 1/2 in (11,1 mm) dan 3/8 in (8,3 mm) masing-masing sebanyak 32 buah.

Prosedur Penelitian Persiapan Bahan

Kayu terlebih dahulu dikeringkan sebelum kayu dipotong menjadi contoh uji agar mencapai kadar air kering udara. Baut besi terdiri dari dua ukuran diameter yaitu 1/2 in (11,1 mm) dan 3/8 in (8,3 mm) masing-masing sebanyak 32

buah yang akan digunakan masing-masing sebanyak 5 buah untuk pengujian sambungan kayu pada tiap kombinasi sambungan, masing-masing 10 buah untuk pengujian leleh lentur baut pada tiap diameter baut, dan masing-masing sebanyak 1 buah untuk pengujian kuat tumpu baut pada tiap diameter baut.

Pemotongan Contoh Uji

Kayu yang telah dikeringkan kemudian dipotong sesuai dengan bentuk yang dibutuhkan untuk pengujian. Dari 70 balok yang tersedia, dipotong balok dengan beberapa ukuran yang lebih kecil. Supaya lebih jelas dapat dilihat gambar berikut:

Gambar 1. Sketsa pemotongan balok kayu menjadi contoh uji sifat fisis mekanis dan contoh uji geser sambungan ganda.

5

cm

3,8 cm

2,5 cm

Gambar 2. Pemotongan sampel uji sambungan kayu dengan ukuran tebal 5 cm, 3,8 cm, dan 2,5 cm.

Pengujian Sifat Fisis Kayu

Pada pengujian kadar air kayu, standar yang digunakan mengacu pada ASTM D4442–92. Sedangkan untuk pengujian berat jenis kayu mengacu pada ASTM D2395–14. Pada pengujian kadar air dan berat jenis kayu, dihitung berat awalnya (berat kering udara) dengan menimbang sampel uji terlebih dahulu, kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu (103±2)°C hingga mencapai berat konstan. Setelah dikeringkan dalam oven, contoh uji didiamkan ke dalam desikator terlebih dahulu ±15 menit sebelum ditimbang kembali untuk

mendapatkan berat akhir (berat kering tanur). Sedangkan pada pengujian kerapatan kayu, contoh uji hanya perlu dikeringkan hingga mencapai kadar kering udara kemudian ditimbang terlebih dahulu sebelum diukur dimensinya. Nilai kadar air, berat jenis dan kerapatan kayu dihitung melalui persamaan:

K ( ) ^K _K

K 100 erat en s ( ) ^K / _K

a r

^K

K

Keterangan :

KA = Kadar air (%)

B_KU = Berat kering udara (gr) B_KT = Berat kering tanur (gr) VKT = Volume kering tanur (cm³) VKU = Volume kering udara(cm³)

a r = 1 g/cm³

Gambar 3. Pengujian Sifat Fisis Kayu Pengujian Sifat Mekanis

Selanjutnya beberapa sifat mekanis yang akan diuji diantaranya kekuatan tarik, tekan dan geser sejajar serat serta kekerasan ujung dengan mengacu pada standar ASTM D143–14: Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber (ASTM, 2014a). Pengujian sifat mekanis hanya dilakukan pada arah sejajar serat dimaksudkan untuk membandingkannya atau melihat hubungannya dengan kekuatan tumpu baut yang juga dilakukan pada arah sejajar serat.

Pengujian tekan sejajar serat atau Maximum Crushing Strength (MCS) diuji menggunakan mesin UTM. Contoh uji diberikan beban dengan perlahan hingga contoh uji mengalami patahan atau kerusakan. Bermudian, contoh uji

diberikan beban vertikal pada arah sejajar serat kayu. Jalankan mesin uji dengan kecepatan pembebanan 0,6 mm/menit sampai contoh uji mengalami kerusakan dan mencapai beban maksimum. Ukuran contoh uji yang digunakan adalah (2,5 x 2,5 x 10 cm) sebanyak 10 ulangan mengacu pada standar ASTM D 143–14:

Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber (ASTM, 2014a).

Rumus tegangan normal adalah sebagai berikut:

A P tkn

max max

// 



Keterangan :

σ tkn // max = Tegangan tekan // serat (kg/cm²) .

Pmaks = Beban maksimum sampai terjadi kerusakan (kg) A = Luas penampang (cm²)

Gambar 4. Pengujian Tekan Sejajar Serat (AWC, 2015)

Pengujian kekuatan tarik sejajar serat dilakukan dengan meletakkan contoh uji pada pegangan dari alat uji sebelum dilakukan pembebanan. Tarik dan jepit pada kedua ujung sampel uji dengan jarak jepitan 25 mm. Setelah terpasang dilakukan pembebanan tarik pada mesin uji dengan kecepatan pembebanan 1mm/menit hingga mencapai beban maksimum dan bagian teramping pada contoh uji mengalami kerusakan. Ukuran contoh uji yang digunakan adalah 2,5 x 2,5 x 46 cm sebanyak 10 ulangan. Besarnya kekuatan tarik sejajar serat dihitung dengan rumus:

A P tarik

max max

// 



Keterangan :

σ_{tar k//} = Kekuatan tarik sejajar serat (kg/cm²) P _aks = Beban tarik maksimum (kg)

A = Luas Penampang (cm²)

Gambar 5. Pengujian kuat tarik sejajar serat (AWC, 2015)

Pengujian geser sejajar serat dilakukan dengan menggunakan UTM.

Sebelum diuji, sampel terlebih dahulu dipotong sebesar 5 x 5 x 6 cm sebanyak 10 ulangan. Sampel uji harus memenuhi kadar air yang ditentukan yaitu sekitar 8%- 15%. Pengujian dilakukan dengan pemberian beban tekan vertikal secara merata di daerah yang dibelah pada contoh uji hingga kayu mengalami pergerseran atau hingga kayu terbelah. Kecepatan gerakan beban selama 0,6 mm/menit sampai benda uji mengalami kerusakan. Besarnya beban uji pada benda uji harus memenuhi ketentuan hingga mencapai beban maksimum Untuk menghitung tegangan geser kayu sejajar serat digunakan rumus :

A P

_H

//





Keterangan :

τ // = Tegangan geser // serat kayu (kg/cm²) PH = Beban/gaya geser yang bekerja (kg) A = Luas bidang geser (cm²)

Gambar 6. Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat (AWC, 2015)

Kekerasan kayu atau hardness diukur dalam satuan kg/cm². Pengujian kekerasan kayu menggunakan UTM. Ukuran contoh uji yang digunakan ialah 5 x 5 x 15 cm berdasarkan ASTM D-143. Kayu ditekan dengan mesin penekan sampai bola baja masuk ke dalam kayu sedalam 1/2 dari diameter bola baja dengan kecepatan 6 mm/menit.

Untuk menghitung kekerasan kayu digunakan rumus :

A H  P

^{m aks}

Keterangan :

H = Kekerasan (kg/cm² )

Pmaks = Beban maksimum sampai terjadi kerusakan (kg) A = Luas penampang setengah bola baja (cm² )

Gambar 7. Pengujian kekerasan kayu (AWC, 2015) Uji Kuat Tumpu Baut Sejajar Serat

Pengujian kekuatan tumpu baut dilakukan berdasarkan standar ASTM D 5764–97a yang dimodifikasi. Ukuran contoh uji yang digunakan adalah 5 x 5 x 5 cm. Pengujian dilakukan pada dua ukuran diameter baut yang berbeda yaitu yaitu 1/2 inci (11,1 mm) dan 3/8 inci (8,34 mm) masing-masing sebanyak 10

buah. Pengujian kuat tumpu diuji menggunakan mesin UTM dengan cara meletakkan baut pada setengah lubang baut pada benda uji. Pembebanan dilakukan pada arah vertikal dan sejajar dengan serat kayu. Contoh uji diletakkan pada mesin UTM dan dilakukan pengujian tekan. Kemudian, diberikan beban tekan pada sepanjang baut secara merata. Kecepatan yang diberikan untuk menekan beban uji adalah 1 mm/menit. Jika beban maksimum sudah tercapai atau baut telah tertanam ke dalam kayu, maka pengujian diberhentikan. Besarnya nilai kekuatan tumpu baut dapat dihitung dengan rumus berikut:

Dt Fe P^y

Keterangan :

Fe = Kekuatan tumpu baut (kg/cm²)

Py = Beban leleh pada offset 5% dari diameter baut (kg) D = Diameter baut (cm)

t = Tebal kayu penumpu (cm)

Gambar 8. Sketsa pengujian kekuatan tumpu baut.

Gambar 9. Pola kerusakan uji kuat tumpu baut sejajar serat (AWC 2015) Uji Kuat Leleh Lentur Baut

Pengujian kekuatan leleh lentur baut mengikuti standar ASTM F1575-03 (ASTM, 2014c). Pengujian dilakukan pada dua ukuran diameter baut besi yang berbeda yaitu yaitu 8,3 mm dan 11,1 mm masing-masing sebanyak 10 buah.

Pengujian dilakukan menggunakan mesin UTM dengan menetapkan batas defleksi sebesar 7 mm. Baut ditempatkan pada penyangga dengan jarak sangga 11,5 kali diameter baut dan diberi beban tepat di tengah bentang dengan kecepatan pembebanan 0,1 mm/menit. Kekuatan leleh lentur baut dapat dihitung berdasarkan rumus berikut:

S Fyb M^y

Keterangan:

Fyb = Kekuatan leleh lentur baut

My = Momen yang dihitung berdasarkan beban yang diperoleh pada pengujian (My=Psbp/4)

P = Beban yang ditentukan dari kurva beban deformasi Sbp = Jarak titik tumpu

S = Modulus penampang plastis efektif untuk sendi plastis penuh (S=D³/6) D = Diameter baut

Gambar 10. Pengujian kuat leleh lentur baut Uji Kuat Sambungan Kayu Geser Ganda

Contoh uji sambungan terdiri dari 3 kombinasi ketebalan kayu (2.5-5.0-2.5, 3.8-5.0-3.8, 5.0-5.0-5.0 cm) masing-masing sebanyak 5 ulangan pada tiap ketebalan dan diameter baut 8,3 mm 11,1 mm. Elemen kayu yang disambung pada setiap kombinasi ketebalan berasal dari jenis kayu yang sama, sehingga diharapkan memiliki berat jenis yang relatif sama. Pengujian sambungan dilakukan mengikuti standar ASTM D5652–15: Standard Test Methods for Bolted Connections in Wood and Wood-Based Products (ASTM, 2015).

Baut diletakkan ke dalam lubang baut pada elemen kayu (utama dan sisi) yang akan disambung, baut dikencangkan dengan memasang cincin (ring) dan mur hingga posisinya rapat dengan sambungan. Sambungan kayu selanjutnya dipasang pada pemegang (grip) yang telah terpasang pada mesin uji. Pengujian menggunakan UTM merek Tensilon kapasitas 50 ton dengan kecepatan

pembebanan 1 mm/menit (beban maksimum dicapai dalam rentang waktu 5 hingga 20 menit). Pengujian dihentikan jika telah mencapai beban maksimum yang ditandai dengan kerusakan kayu yang disambung atau mencapai perpindahan sebesar 20 mm untuk sambungan kayu yang tidak mencapai beban maksimum hingga akhir pengujian.

Pada saat pengujian juga dipastikan tidak terdapat kerusakan elemen kayu maupun baut yang berada pada grip. Pengamatan terhadap tipe kerusakan pada masing-masing sambungan dilakukan setelah pengujian. Tipe kerusakan disesuaikan dengan mode leleh pada sambungan tipe dowel (Gambar 12).

Gambar 11. Sketsa pengujian kekuatan sambungan ganda dengan baut tunggal

Gambar 12. Mode kerusakan berdasarkan model batas leleh (AWC, 2015)

Nilai kekuatan sambungan kayu berdasarkan AWC (2015) merupakan nilai kekuatan sambungan berdasarkan pendekatan ASD (Allowable Stress Design) dengan nilai yang digunakan ditentukan berdasarkan kondisi tertentu.

Kondisi tersebut mencakup pembebanan normal (10 tahun), kayu digunakan dalam kondisi pelayanan yang kering, tidak terpapar suhu yang tinggi dan sebagainya (Breyer et al., 2007).

Berdasarkan grafik hubungan antara perpindahan dan beban yang diperoleh dari pengujian, beban leleh dapat diperoleh dengan metode offset 5%

diameter. Nilai kekuatan sambungan kayu dihitung berdasarkan beban leleh (Py) dibagi dengan faktor normalisasi (Kc) atau faktor reduksi (Rd) berdasarkan mode leleh sesuai tipe kerusakan (Tabel 4). Kc dan Rd untuk mode leleh I = 4, II= 3.6, III dan IV = 3.2 untuk ukuran diameter pengencang 0.25 hingga 1 inci pada pembebanan sejajar serat (AWC, 2015). Sementara untuk nilai desain berdasarkan NDS dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut (AWC 2015):

Tabel 4. Persamaan nilai model batas leleh sambungan kayu geser ganda Model batas leleh Sambungan kayu geser ganda

Im _{m em}

d

Is 2 _{s es}

d

IIIs 2 k_{3 s es}

(2 _e) _d

IV 2 ²

d √2 _{em b} 3 (1 _e) Dimana :

K₁

√ ( )

K₂ 1 √2 (1 _e) 2 _b (1 2 _e) ² 3 _{em s} ²

K₃ 1 √2 (1 _e)

e

2 _b (2 _e) ² 3 _{em s} ²

e

t K 1

Keterangan :

Z = Kekuatan sambungan kayu atau desain lateral (kg) Fyb = Kekuatan leleh lentur baut (kg/cm²)

D = Diameter baut (cm)

R_d = Faktor reduksi (lihat tabel 2.) Re = Fem / Fes

lm = Penetrasi baut dalam batang kayu utama (cm) l_s = Penetrasi baut dalam batang kayu pendukung (cm) F_em = Kekuatan tumpu baut kayu utama (kg/cm²)

Fes = Kekuatan tumpu baut kayu pendukung (kg/cm²) Tabel 5. Faktor Reduksi (R_d)

Diameter baut Model leleh Faktor reduksi

1/4 n ≤ ≤ 1 n Im, Is 4Kθ

II 3.6Kθ

IIIm,IIIs, IV 3.2K_θ

D < 1/4 in Im, Is, IIIm, IIIs, IV KD1

Keterangan:

K 1 0.25 (θ/90)

θ = Sudut maksimum antara arah pembebanan dan arah serat (0^o ≤ θ ≤ 90^o) pada penyusun sambungan kayu.

D = Diameter Baut (in).

KD = 2.2 untuk ≤ 0.17 n.

KD = 10D + 0.5 untuk 0.17 n ≤ ≤ 0.25 n.

Analisis Data

Analisis data yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan faktorial dalam rancangan acak lengkap (Faktorial RAL) dengan jumlah faktor utama yang sama dengan pengujian sambungan kayu, diantaranya faktor A (diameter baut) dan faktor B (ketebalan kayu) dalam percobaan faktorial dengan kombinasi ketebalan sampel kayu (2.5-5.0-2.5, 3.8-5.0-3.8, 5.0-5.0-5.0 cm).

Banyaknya ulangan masing-masing sampel uji sambungan kayu pada tiga variasi kombinasi ketebalan kayu sebanyak 5 ulangan pada tiap 2 diameter baut yang berbeda yaitu 8,3 mm dan 11,1 mm. Data hasil penelitian diolah dengan menggunakan program SPSS (Statistical Package for the Social Sciences) 25.0 dan Microsoft Excel 2010. Apabila hasil yang diperoleh menunjukkan hasil yang berbeda nyata, maka dilanjutkan dengan uji lanjut Duncan. Model matematika yang digunakan mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Sadiyo dan

Wulandari (2012). Model matematika yang digunakan untuk rancangan ini adalah sebagai berikut:

Y j μ j ( ) j ε j

Keterangan :

Yij = Beban pada diameter baut (faktor A) ke-i, ketebalan sampel kayu (faktor B) ke-j

μ = Rataan umum

Ai = Pengaruh diameter baut ke-i Bj = Pengaruh ketebalan kayu ke-j

(AB)ij = Interaksi antara diameter baut ke-i dan kombinasi ketebalan kayu ke-j Ε j = Pengaruh acak dari diameter baut ke-i dan kombinasi ketebalan kayu ke-j

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sifat Fisis dan Mekanis Kayu

Hasil perhitungan nilai rata-rata pada sifat fisis kayu karet berupa kadar air, berat jenis dan kerapatan dapat dilihat pada Tabel 6. Nilai berat berat jenis kayu karet dihitung dalam kondisi berat kering oven (B_KO), sedangkan nilai kerapatan dan nilai sifat mekanis kayu karet dihitung dalam kondisi berat kering udara (B_KU).

Tabel 6. Nilai rata-rata sifat fisis dan mekanis kayu karet (Hevea brasiliensis).

No. Jenis Pengujian Rata-Rata Pengujian

1. Kadar air (%) 14,29

2. Berat Jenis 0,55

3. Kerapatan (g/cm³) 0,59

4. Tekan sejajar serat (kgf/cm²) 354 5. Tarik sejajar serat (kgf/cm²) 816 6. Geser sejajar serat (kgf/cm²) 99 7. Kekerasan (kgf/cm²) 275

Berdasarkan hasil pengujian, diperoleh nilai rata-rata kadar air kayu karet sebesar 14,29% dengan kisaran nilai terendah hingga tertinggi masing-masing sebesar 12,92%-15,6%. Nilai kadar air kayu karet yang diperoleh telah mencapai kadar air kering udara sebesar 5-20% (Susanto, 2017). Nilai kadar air berdasarkan penelitian ini tidak jauh berbeda dengan nilai kadar air yang diperoleh Arsad (2009) yaitu sebesar 10,17%. Selisih kadar air antara hasil penelitian ini dibandingkan dengan yang diperoleh. Arsad (2009) mencapai 4,12%. Perbedaan kadar air ini diduga karena berat jenis kayu karet pada penelitian ini lebih kecil dibandingkan dengan berat jenis kayu karet pada penelitian yang dilakukan oleh Arsad (2009) yaitu 0,55 dan 0,61. Kadar air kayu merupakan hal penting yang dapat memengaruhi sifat kayu dalam hal pemanfaatan kayu. Menurut P3HH et al.

(2008), pada umumnya hampir semua berat jenis kayu berbanding lurus dengan sifat fisisnya. Dapat disimpulkan bahwa besarnya nilai kadar air pada kayu karet akan meningkat seiring dengan bertambahnya nilai berat jenisnya.

Berdasarkan hasil pengujian berat jenis dan kerapatan kayu, diperoleh nilai rata-rata masing-masing pengujian sebesar 0,55 dan 0,59 g/cm³ dengan kisaran nilai terendah hingga tertinggi masing-masing sebesar 0,48-0,62 dan 0,52-0,66 g/cm³ . Dari hasil rata-rata berat jenis kayu karet yang diperoleh, maka

kayu karet tergolong pada kelas kuat III (PKKI, 1961). Hal ini tidak jauh berbeda dengan nilai berat jenis dan kerapatan kayu karet yang diperoleh oleh Muchlish dan Hadjib (2008) dalam penelitiannya yaitu sebesar 0,54 dan 0,60 g/cm³ dengan kelas kuat kayu III.

Haygreen dan Bowyer (1996) menyatakan bahwa ciri fisik berat jenis dan kerapatan dapat digunakan untuk menggambarkan massa suatu bahan per satuan volume. Umumnya ciri-ciri ini dapat digunakan pada semua tipe bahan selain kayu. Pada sampel kayu kecil bebas cacat umumnya peningkatan berat jenis dan kerapatan kayu berbanding lurus dengan kekuatannya. Sebaliknya kekuatan dan kekakuan kayu justru meningkat saat menurunnya kadar air kayu hingga mencapai kadar air di bawah titik jenuh serat (Sucahyo, 2010). Variasi nilai kadar air dan berat jenis pada hasil penilitian ini dibandingkan dengan penelitian yang lain tidak terlalu berbeda. Haygreen et al. (2003) menyatakan bahwa beberapa faktor yang mempengaruhi sifat fisis kayu di antaranya adalah jumlah air di dalam dinding sel, jumlah zat kayu pada suatu volume tertentu, persentase zat ekstraktif dan komponen utama pembentuk dinding sel serta susunan dan orientasi fibril dalam sel atau jaringan seperti ukuran, jenis dan proporsinya.

Hasil perhitungan nilai rata-rata sifat mekanis kayu karet dapat dilihat pada Tabel 6. Kuat tekan sejajar serat merupakan kapasitas maksimum pada kayu dalam menahan beban yang sejajar arah serat kayu (FPL, 2010). Menurut Cenry (1981), kekuatan tekan sejajar serat dapat menggambarkan besarnya beban yang dapat diterima suatu tiang, sedangkan tarik sejajar serat dapat menggambarkan kapasitas beban suku bawah pada penampang kayu dalam suatu rancangan sambungan antar komponen pada bangunan. Berdasarkan hasil pengujian kekuatan tekan dan tarik sejajar serat kayu, diperoleh nilai rata-rata kekuatan tekan dan tarik sejajar serat masing-masing sebesar 353 kgf/cm² dan 751 kgf/cm² dengan kisaran nilai terendah hingga tertinggi masing-masing sebesar 268-432 kgf/cm² dan 531-1257 kgf/cm². Nilai kekuatan tekan sejajar serat yang diperoleh tergolong ke dalam kelas kuat kayu III (PKKI, 1961). Nilai kekuatan tekan sejajar serat yang diperoleh oleh Muslich dan Hadjib (2008) memiliki kelas kuat kayu yang serupa dengan nilai rata-rata kekuatan tekan sebesar 328 kgf/cm². Nilai

kekuatan tarik sejajar serat kayu karet pada pengujian tidak dapat dibandingkan ini tidak tersedia dalam atlas kayu Indonesia (Martawijaya et al., 1985).

Berdasarkan hasil pengujian kekuatan tekan dan tarik sejajar serat yang diperoleh, kayu karet memiliki nilai kelas kuat kayu yang sama jika dilihat berdasarkan berat jenisnya yaitu termasuk ke dalam kelas kuat kayu III.

Susanto (2017) menyatakan bahwa nilai berat jenis dan kerapatan kayu yang semakin tinggi akan meningkatkan nilai kekuatan tekan dan tarik maksimum sejajar serat. Akan tetapi pernyataan tersebut tidak selalu berbanding lurus. Hal tersebut dibuktikan oleh Sucahyo (2010) dalam penelitiannya pada kayu rasmala bahwa berat jenis bukanlah satu-satunya faktor utama untuk menentukan kekuatan kayu. Meskipun secara umum terdapat hubungan yang cukup kuat bahwa kekuatan kayu berbanding lurus dengan kerapatan kayu. Oleh karena itu dapat dinyatakan bahwa selain dipengaruhi oleh kerapatan atau berat jenis kayu, kekuatan sambungan tarik dan kekuatan tekan maksimum sejajar serat kayu juga dipengaruhi oleh faktor kadar air, struktur anatomi dan kuat tidaknya ikatan antar sel-sel penyusun kayu.

Berdasarkan hasil pengujian kekuatan geser sejajar serat kayu, diperoleh nilai rata-rata kekuatan geser kayu sebesar 99 kgf/cm² dengan kisaran nilai terendah hingga tertinggi masing-masing sebesar 83-138 kgf/cm2. Nilai kekuatan geser sejajar serat yang diperoleh termasuk kedalam kelas kuat kayu II (PKII, 1961). Hal ini tidak serupa dengan kelas kuat kayu karet yang diperoleh berdasarkan berat jenisnya yaitu kelas kuat kayu II. Sadiyo et al. (2017) dalam penelitiannya menyimpulkan bahwa faktor dalam yang memengaruhi sifat mekanis kayu adalah kadar air, kerapatan atau berat jenis, dan lain sebagainya.

Sucahyo (2010) menyatakan bahwa berat jenis bukanlah satu-satunya faktor utama untuk menentukan kekuatan kayu. Meskipun secara umum terdapat hubungan yang cukup kuat bahwa kekuatan kayu berbanding lurus dengan kerapatan kayu. Oleh karena itu dapat dinyatakan bahwa selain dipengaruhi oleh kerapatan atau berat jenis kayu, kekuatan geser sejajar serat kayu juga dipengaruhi oleh faktor struktur anatomi dan kuat tidaknya ikatan antar sel-sel penyusun kayu.

Berdasarkan penelitian Herawati (2018), dapat diketahui bahwa kekuatan geser sejajar serat memiliki hubungan yang positif dengan nilai kuat tumpu yang

dihasilkan sehingga dapat menjadi salah satu parameter untuk menduga kekuatan sambungan kayu. Kuat geser kayu sangat berpengaruh terhadap kekuatan kayu dalam menopang beban terutama di daerah sambungan kayu. Agar kayu dapat menopang beban lebih besar maka kayu harus memiliki besar kuat geser yang besar pula.

Berdasarkan hasil pengujian kekerasan kayu, diperoleh nilai rata-rata kekerasan kayu sebesar 275 kgf/cm². Pada dasarnya sifat kerapatan kayu dapat mempengaruhi nilai kekerasan kayu, namun dapat pula ditentukan oleh ukuran serat kayu, daya ikat antar serat kayu, keuletan kayu dan susunan serat kayunya (Mardikanto et al., 2011). Penelitian yang dilakukan oleh Herawati (2018) membuktikan bahwa hubungan antara kuat tumpu baut dengan kekuatan tarik, tekan, geser dan kekerasan menunjukkan korelasi yang tinggi seperti halnya antara berat jenis dan sifat kekuatan kayu.

Kuat Tumpu Baut

Perbandingan nilai rata-rata kekuatan tumpu baut pada kayu karet dengan NDS 2015 dan SNI 7973 (2013) berdasarkan berat jenis kayu dilihat pada Tabel 7. Nilai kekuatan tumpu baut yang digunakan untuk menduga nilai kekuatan sambungan kayu pada penelitian ini adalah nilai kuat tumpu sejajar serat kayu.

Tabel 7. Perbandingan kekuatan tumpu baut pada kayu karet dengan NDS 2015 dan SNI 7973 (2013) berdasarkan berat jenis kayu.

Berat Jenis

Diameter Baut (mm)

Fe//

(kg/cm²)

Nilai Rata-Rata

Fe// NDS (2015) (kgf/cm²)

Fe// SNI 7973 (2013) (kgf/cm²)

0,55 8,3 423

410 457 398

11,1 397

Berdasarkan hasil pengujian kuat tumpu baut, diperoleh nilai rata-rata kuat tumpu maksimum sejajar serat pada baut 8,3 mm 11,2 mm masing-masing sebesar 423 kgf/cm² dan 397 kgf/cm² dengan kisaran nilai terendah hingga tertinggi masing-masing sebesar 380-636 kgf/cm² dan 357-420 kgf/cm². Nilai rata-rata kuat tumpu maksimum sejajar serat pada baut 8,3 mm dan 11,1 mm berdasarkan penelitian menunjukkan nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan nilai yang terdapat dalam NDS 2015 yaitu sebesar 457 kgf/cm². Selisih nilai antara kekuatan tumpu baut pada kayu karet berdasarkan penelitian dan NDS 2015 menunjukkan

perbedaan yang cukup besar. Dapat dikatakan bahwa nilai kekuatan tumpu baut berdasarkan NDS 2015 kurang dapat memprediksi nilai kekuatan tumpu baut dengan berat jenis kayu 0,55. Nilai kekuatan tumpu baut menurut SNI 7973 (2013) jika ditentukan berdasarkan nilai berat jenis kayu dapat menunjukkan besarnya kekuatan tumpu baut secara teroritis. Nilai rata-rata kekuatan tumpu baut pada kayu menurut SNI 7973 (2013) sebesar 398 kgf/cm² lebih rendah jika dibandingkan dengan hasil pengujian. Besarnya selisih nilai kekuatan tumpu baut pada kayu karet pada berat jenis 0,55 menunjukkan perbedaan yang sedikit sehingga cukup untuk memprediksi nilai kekuatan tumpu baut pada kayu karet dengan berat jenis 0,55.

Pengujian kuat tumpu baut berdasarkan diameter baut menunjukkan nilai rata-rata tertinggi pada baut dengan diameter 8,3 mm yaitu 423 kgf/cm² sedangkan yang terendah pada diameter 11,1 mm yaitu 397 kgf/cm². Dari hasil kekuatan tumpu yang diperoleh, dapat diketahui bahwa nilai kekuatan tumpu baut semakin menurun dengan meningkatnya diameter baut. Pernyataan serupa dikemukakan oleh Sucahyo et al. (2017), bahwa nilai kekuatan tumpu baut pada diameter baut 12, 16 dan 19 mm mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya ukuran diameter baut. Pengujian pada baut berdiameter lebih besar membutuhkan dimensi kayu yang harus dilubangi dengan ukuran yang lebih besar juga, sehingga batas kekuatannya akan menurun. Sucahyo et al. (2017) dalam penelitiannya tentang kekuatan tumpu baut menyatakan bahwa, secara umum nilai kekuatan tumpu baut akan meningkat seiring dengan meningkatnya kerapatan dan berat jenis kayu kayu pada nilai kadar air yang relatif sama. Glisovic, et al. (2012) kerapatan kayu yang berbanding lurus dengan berat jenis kayu dapat mempengaruhi kekuatan tumpu baut pada kayu. Nilai kuat tumpu sejajar serat tidak jauh berbeda dengan nilai rata-rata kuat tekan maksimum sejajar serat yang diperoleh dalam penelitian ini yaitu 432 kgf/cm².

Menurut FPL (2010), jenis dan ukuran lubang baut tempat masukknya baut ke dalam kayu dapat mempengaruhi nilai kekuatan tumpu baut. Lubang baut yang terlalu besar dapat menyebabkan ketidakseragaman pada tumpuan baut sedangkan lubang baut yang terlalu kecil dapat menyebabkan kayu retak atau pecah saat baut diberi beban. Smart (2002) menyatakan bahwa beberapa faktor