BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kayu merupakan salah satu material konstruksi yang paling banyak terdapat di alam dan pertama kali digunakan dalam sejarah umat manusia. Kayu sampai saat ini masih banyak digunakan sebagai bahan konstruksi bangunan untuk rumah tinggal, gedung, jembatan, bantalan kereta api dan lain – lain. Kayu dipilih sebagai bahan konstruksi selain karena alasan mudah didapat, harganya relatif murah dan memiliki nilai estetika yang tinggi. ( Frick,1981 ) juga menyatakan bahwa material kayu akan selalu dibutuhkan manusia karena sifat utama yang dimiliki yaitu kayu merupakan kekayaan alam ( natural resources ) yang tidak akan pernah habis, mudah dalam pemrosesan serta memiliki sifat –sifat spesifik yang tidak dimiliki oleh bahan lain. Selain keuntungan kayu seperti yang telah disebutkan di atas kayu juga mempunyai kekuatan yang tinggi ( tekan sejajar atau tegak lurus serat ) dan berat yang rendah dibandingkan dengan konstuksi yang lainnya, mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap pengaruh kimia (Chemical Attack), dan bersifat isolator.
1.2 Tujuan
penelitian kuat kayu secara umum adalah mendapatkan sebuah nilai kekuatan kayu yang bisa dijadikan pedoman kekuatan untuk merencanakan sebuah konstruksi kayu.
Tujuan secara khusus dari penelitian uji kayu antara lain:
1. Menganalisa kuat kayu secara ilmiah, yaitu menggunakan perhitungan manual dengan beban-beban yang diasumsikan dan mendapatkan kuat tarik.
2. Melakukan perhitungan kuat tekan batang kayu secara ilmiah dengan metode tertentu dan sesuai sehingga mendapatkan hasil akhir berupa kuat kayu yang memungkinkan
3. Melakukan validasi antara berbagai perhitungan kayu yaitu membandingkan hasil akhir dari berbagai macam perhitungan sehingga didapat kuat kayu yang bisa dipakai sebagai pez doman dalam membuat sebuah konstruksi kayu.
1.3 Manfaat
Pada pembahasan ini mahasiswa tentunya dapat menghitung kekuatan kayu dalam berbagai hal yang tentunya dapat merencanakan untuk suatu konstruksi bahan bangunan.
Dimana mahasiswa dapat merencanakan sesuai dengan spesifikasi teknik dan dapat melakukan pelaksanaan lansung di lapangan.
BAB II
PENGETAHUAN DASAR KAYU 2.1 Tinjauan pustaka
Kayu dapat di gunakan untuk berbagai macam jenis konstruksi pada bangunan keperluan seperti untuk membuat konstruksi bangunan dan perlengkapan alat-alatrumah tangga. Kayu sebagai bahan konstrusi banyak didapat dari hutan yang luasdi Indonesia.
Dengan adanya pengembangan industri kecil akhir-akhir ini, bukan hanyabatang kayu saja yang di manfaatkan tetapi juga cabang dan akar. Sebagaimana bahan bangunan lainnya, kayu juga memiliki kelebihankekurangan. Oleh karena itu, sebelum mengenal atau menggunakan kayu sebagai bahan konstruksi, sebaiknya kita mengenal atau menggunakan bahan kayu dan sifatnya. 2.1.1 Struktur kayu
Struktur kayu merupakan suatu struktur yang elemen susunannya adalah kayu. Dalam perkembangannya, struktur kayu banyak digunakan sebagai alternatif dalam perencanaan pekerjaan-pekerjaan sipil, diantaranya adalah : rangka kuda-kuda, rangka dan gelagar jembatan, struktur perancah, kolom, dan balok lantai bangunan.
2.1.2 Bentuk dan kegunaan kayu
Kayu dapat digunakak Sebagai bahan struktur kayu mempunyai berbagai kekuatan, khususnya dalam :
a)Menahan Tarikan
Kekuatan terbesar yang dapat ditahan oleh kayu adalah sejajar arah serat, sedangkan kekuatan tarikan tegak lurus arah serat lebih kecil dari pada sejajar serat.
b)Menahan Tekanan (Desak)
Kayu juga dapat menahan beban desak, baik tekanan sejajar serat maupun tegak lurus serat, misalnya sebagai bantalan kereta api. Daya tahan desak tegak lurus serat lebih kecil bila dibandingkan dengan sejajar serat.
c)Menahan Lenturan
Besarnya daya tahan kayu terhadap lenturan tergantung pada jenis kayu, besarnya peampang kayu, berat badan, lebar bentangan, sehingga dengan dapatnya kayu menahan lenturan maka dapat menahan beban tetap maupun beban kejut/pukulan.
2.1.3 Kelebihan dan kekurangan struktur kayu
Dalam konstruksi bahan bangunan semua mempunyai kekurangan dan kelebihan dimana khususnya dalam konstruksi bahan bangunan dari kayu yaitu sbb:
a) Kelebihan Kayu :
1. Berkekuatan tinggi dengan berat jenis rendah. 2. Tahan terhadap pengaruh kimia dan listrik. 3. Relatif mudah dikerjakan dan diganti. 4. Mudah didapatkan, relatif murah.
5.Pengaruh temperatur terhadap perubahan bentuk dapat iabaikan.
6.Pada kayu kering memiliki daya hantar panas dan listrik yang rendah, sehingga baik untuk partisi.
7. Memiliki sisi keindahan yang khas.
b) Kekurangan Kayu :
1. Adanya sifat-sifat kayu yang kurang homogen (ketidak seragaman), cacat kayu (mata kayu, retak, dll.).
2. Beberapa jenis kayu kurang awet.
3. Kekuatannya sangat dipengaruhi oleh jenis kayu, mutu, kelembaban dan pengaruh waktu pembebanan.
4. Keterbatasan ukuran khususnya untuk memenuhi kebutuhan struktur bangunan yang makin beskala besar dan tinggi.
5. Untuk beberapa jenis kayu tertentu harganya relatif mahal dan ketersediaan terbatas (langka).
2.1.4 Bagian-bagian kayu
1. Kulit
3. Kambium 4. Hati 5. Kayu Teras 6. Pori-Pori 7. Jari-Jari Kayu 8. Lingkaran Tumbuh 9. Serat
1. Kulit
Lapisan yang berada disebelah dalam kulit luar yang bersifat basah danlunak, berfungsi mengangkut bahan makanan dari daun kebagian lainnya. Lapisanyang berada paling dalam keadaan kering berfungsi sebagai pelindung.
2. Kayu Gubal
Bagian kayu yang terdiri dari sel-sel hidup yang masih berfungsi. Olehkarena itu, tugas daripada kayu gubal ini adalah menyalurkan bahan makanan daridaun kebagian- bagian pohon yang lain.
3. Kambium
Jaringan yang berupa lapisan tipis dan bening yang melingkari pohon.
Tugas kambium ke arah luar yaitu membentuk kulit dan ke arah dalam yaitumembentuk kayu yang baru.
4. Hati
Merupakan bagian dari pusat kayu. Hati berasal dari kayu awal, yaitu kayuyang pertama-tama yang dibentuk oleh kambium yang bersifat rapuh
5. Kayu Teras
Bagian yang terdiri dari sel-sel yang sudah tua dan mati. Kayu teras iniasalnya dari kayu gubal yang sudah tua dan sudah tidak berfungsi lagi. Kayuteras ini hanya sebagai pengokoh tumbuhnya pohon saja. Kayu teras lebih awetdan pada umumnya warna kayu lebih tua dari kayu gubalnya.
6. Pori-Pori
Pori-pori merupakan sel-sel pembuluh yang terpotong, sehingga member kesan merupakan lubang yang kecil.Ukuran besarnya pori-pori berbeda untuksetiap jenis kayu.
7. Jari-Jari Kayu
Jaringan kayu yang dibentuk dengan susunan sel secara radial, artinyatumbuh melalui luar menuju pusat.Jaringan ini disebut radial.
8. Lingkaran Tumbuh
Kondisi pertumbuhan pohon ditentukan oleh lingkaran tumbuh, yaituiklim. Di daerah yang memiliki perbedaan musim yang jelas, pengaruh iklimterhadap pembentukan lingkaran tumbuh lebih jelas daripada negara-negara tropis.
9. Serat
Arah dan ukuran serat ini berbeda-beda. Ada kayu yang berserat lurus,terpilin, berpadu, berombak, berukuran kecil, sedang dan besar. Serat sebenarnyaadalah susunan sel-sel yang bentuknya
seperti gelondongan dan panjang-panjang.
Table 1.1. Kelas kuat kayu bedasarkan berat jenisnya
KELAS KUAT BERAT JENIS KRING UDARA KUAT LENTUR (Kg/Cm2) KUAT DESAK (Kg/Cm2) I II IV V ≥ 0,90 0,90 - 0,60 0,40 - 0,30 ≤ 0,30 ≥ 1100 1100 - 725 500 - 360 ≤ 360 ≥ 650 650 - 425 300 - 215 ≤ 215
Hubungan berat jenis dan kekuatan
Berat jenis menyatakan berat kayu dibagi dengan volumenya, umumnya kayu yang baru ditebang mempunyai kadar air 40 % untuk kayu berat hingga dan 200 % untuk kayu ringan. Kadar air tersebut akan keluar bersamaan dengan mengeringnya kayu hingga mencapai titik jenuh serat (fiber saturation point), yang berkadar lengas kira-kira 25–35%. Apabila kayu mengering dibawah titik jenuh seratnya, dinding sel menjadi padat, akibatnya serat-seratnya menjadi kuat dan kokoh. Jadi turunnya kadar lengas kayu mengakibatkan bertambahnya kekuatan kayu. Berdasarkan berat jenisnya, kayu di Indonesia dibedakan menjadi lima kelas kuat, sebagaimana tersaji pada Tabel 1.1 (Klasifikasi ini disusun oleh Lembaga Pusat Penyelidikan Kehutanan).
Cara meningkatkan keawetan kayu
Upaya meningkatkan keawetan kayu telah lama dilakukan, tujuannnya adalah untuk meningkatkan ketahanan kayu terhadap serangan-serangan serangga
(rayap, bubuk, dll.) agar memperpanjang umur kayu. Lembaga Penelitian Hasil Hutan (LPPH), membagi keawetan kayu menjadi lima kelas awet. Pembagian kelas awet tersebut didasarkan pada kriteria yang terdapat dalam Tabel 1.2. Table 1.2. Kelas kuat kayu bedasarkan berat jenisnya
KELAS AWET I II III IV V
Selalu berhungan dengan tanah lembab. 8 Tahun 5 Tahun 3 Tahun Sangat pendek Sangat pendek Kayu tidak terlindung terhadap angin dan iklim, tetapi dilindungi terhadap air. 20 Tahun 15 Tahun 10 Tahun Beberapa tahun Sangat pendek Kayu ditempatkan ditempat terlindung Tidak terbatas Tidak terbatas Sangat lama Beberapa tahun Pendek Kayu ditempatkan di tempat terlindung tapi dirawat, di cat, dsb. Tidak terbatas Tidak terbatas Tidak terbatas 20 tahun 20 tahun Kayu termakan /terserang rayap Tidak terbatas Jarang Agak cepat Sangat cepat Sangat cepat Kayu termakan oleh bubuk kayu, rayap dan serangga lain Tidak terbatas Tidak terbatas Hampir tidak Tidak seberapa Sangat Cepat
1. Membakar Kayu
Salah satu cara untuk menambah ketahanan kayu adalah dengan membakar lapisan luar kayu tersebut. Bagian luar yang berlapis arang tidak akan mudah termakan rayap. Cara ini biasanya dipakai untuk tiang-tiang yang sebagian tertanam dalam tanah. Cara ini tidak baik sebab kayu akan retak, sehingga bubuk/rayap akan mudah masuk dalam retak-retak itu dan akan menyebabkan rusaknya kayu.
2. Mengetir
Biasanya dipakai pada tiang pagar dan rangka atap dari kayu muda. Ada dua macam tir yang sering dipakai yaitu : “kolter” dan “sweedsteer” warnanya coklat muda dan cair.
3. Penggunaan Karbolium
Karbolium lebih baik dari pada tir, sebab pori-pori kayu tidak tertutup dan getahnya masih bisa keluar.Biasanya digunakan pada bangunan air dan umum, misalnya untuk tiang jembatan dalam laut, perahu, dll.
4. Penggunaan Minyak Kreosoot
Kayu yang akan di-kreosoot dimasukan kedalam ketel. Kemudian disalurkan uap air, agar getah kayu keluar. Air panas yang tercampur getah dan angin dipompa keluar. Lewat saluran pipa lain minyak kreosoot yang telah dipanasi sampai 600ºC dimasukan, lalu diproses sampai 10 atmosfir. Penggunaan minyak ini juga bisa disapukan atau dicatkan dibagian luar seperti mengetir.
5. Proses Burnett
Proses ini sama dengan proses minyak kreosoot, hanya bahannya yang berbeda yaitu Zn Cl2 berbusa dan tak berwarna. Cara ini tidak dapat digunakan untuk struktur yang terendam air.
6. Penggunaan Kopervitriool (Prusi)
Pada proses ini digunakan dua bejana (tangki) khusus. Tangki bagian atas diisi campuran kopervitriool dan air, kayu dimasukan kedalam tangki bagian bawah, sehingga kopervitriool bercampur air akan mengalir dan mengisi pori-pori kayu.
7. Proses Kijan
Kayu direndam dalam air yang sudah dicampur bahan pengawet Hg Cl2 (zat cair putih yang beracun sangat berbisa dan tak berwarna) selama 5 - 14 hari, kemudian ditumpuk pada tempat yang berangin.Kayu
yang sudah diobati tidak berbau dan berwarna, setelah kering bisa di cat. Cara ini tidak baik jika digunakan pada struktur yang berlengas, juga tidak baik dipadukan (komposit) dengan besi.
8. Proses Wolman
Proses ini menggunakan garam wolman, yaitu bahan pengawet yang terdiri dari Na Fe di tambah dini trophenol dan bichromat kers. dijual dalam bentuk bubuk. Kayu yang akan diawetkan harus dikeringkan terlebih dahulu, kemudian direndam dalam air yang sudah dicampur garam wolman selama 7 hari dan kemudian dikeringkan.
2.2 Landasan teori
Peraturan perencanaan struktur kayu
Penggunaan kayu sebagai bahan struktur tidak boleh dirancang hanya berdasarkan pengalaman, perasaan maupun perkiraan. Perhitungan struktur kayu harus didasarkan atas pengetahuan ilmu gaya. Meskipun demikian dalam perancangan, penggunaan pengalaman hasil struktur kayu yang telah ada, dapat memberikan arahan dan pandangan awal yang bermanfaat. Dengan demikian, mulai penetapan beban yang bekerja, perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada struktur, penetapan ukuran, sambungan dan lain-lain, harus dilakukan secara rasional dan mengacu pada peraturan serta norma keilmuan yang berlaku.
1. Aturan penetapan pembebanan
Penetapan besarnya muatan-muatan (beban) yang bekerja pada struktur, harus mengacu pada ketetapan / peraturan yang berlaku, misalnya : Dana Normalisasi Indonesia NI-02006, NI-02007, Peraturan-peraturan pembebanan yang dikeluarkan oleh Departemen Pekerjaan Umum, Tenaga Perum Kereta Api, dan sebagainya.
Menurut kombinasinya, pembebanan dapat dibagi menjadi tiga macam, yaitu: beban tetap, beban sementara (beban tidak tetap), dan beban khusus. Beban tetap adalah beban yang berlangsung selama lebih dari 3 bulan dan beban bergerak yang bersifat tetap atau terus menerus seperti berat sendiri, tekanan tanah, tekanan air, barang-barang gudang, kendaraan diatas jembatan, dan sebagainya.
Beban sementara adalah beban yang berlangsung kurang dari 3 bulan dan muatan bergerak yang bersifat tidak tetap atau terus menerus, sepeti berat
orang yang berkumpul (misalnya : untuk ruangan pertemuan, kantor, dan sebagainya).
Sedang beban khusus adalah beban tetap atau beban sementara yang di tambah dengan beban yang sifatnya khusus, yaitu beban yang bekerja pada struktur atau bagian struktur yang terjadi akibat selisih suhu, pengangkatan atau penurunan, penurunan fondasi, susut, gaya-gaya tambahan yang berasal dari beban hidup seperti gaya rem yang berasal dari keran, gaya sentrifugal, dan gaya dinamis yang berasal dari mesin-mesin serta pengaruh khusus lainnya.
2. Ukuran penampang balok minimum
Ukuran penampang balok minimum yang digunakan mengacu pada Pasal 9 dan Pasal 10 PKKI (Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia), yang isi pokoknya terdapat pada pernyataan dibawah ini. PKKI Pasal 9 :
Ukuran salah satu sisi (lebar/tinggi) balok kayu yang digunakan sebagai bagian struktur rangka batang paling kecil adalah 4 cm, dengan luas penampangnya lebih besar 32 cm2.
Apabila batang itu terdiri lebih dari satu bagian maka syarat-syarat tersebut untuk keseluruhan tampang.
Untuk struktur dengan paku atau perekat, syarat-syarat tersebut tidak berlaku PKKI Pasal 10.
Perhitungan ukuran dan luas penampang akibat adanya perlemahan, pada batangbatang tarik dan bagian-bagian struktur yang dibebani dengan tegangan lentur harus diperhitungkan.
Untuk batang yang menahan tegangan desak, perlemahan akibat alat sambung tidak perlu diperhitungkan (dengan catatan bahwa lubang tersebut tertutup oleh alat sambung).
Tetapi apabila dalam kenyataannya lubang tersebut tidak tertutup, maka lubang tersebut harus diperhitungkan sebagai perlemahan.
3. Lendutan maksimum yang di izinkan
Penetapan besarnya lendutan yang diijinkan pada struktur kayu, diatur melalui Pasal 12 ayat 5 PKKI, dengan isi pokok sebagai berikut :
Lendutan maksimum yang diperbolehkan, untuk balok pada struktur terlindung ≤ L/300 panjang bentang, dengan L adalah panjang bentang. Untuk balok pada struktur tidak terlindung ≤ L/400 panjangbentang.
Untuk balok yang digunakan pada struktur kuda-kuda, misalnya gording, ≤ L/200 panjang bentang.
Untuk rangka batang yang tidak terlindung ≤ L/700 panjang bentang. 4. Modulus elastis kayu
Pada perencanaan perhitungan batang desak dan batang terlentur beberapa rumus membutuhkan Modulus Elastis Kayu (dilambangkan dengan huruf E). Modulus Elastis diperlukan untuk menghitung perubahan bentuk elastis, besarnya berbeda-beda menurut kelas kuat kayunya, sebagaimana tersaji pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Besaran Modulus Elastis (E) Kayu Sejajar Serat Kelas Kuat Kayu Modulus Elastis (E) (kg/cm2)
I II III IV I25.000 100. 000 80. 000 60. 000
5.Tegangan ijin kayu
Tegangan kayu yang diijinkan (atau sering disebut tegangan ijin) merupakan besaran (dalam satuan kg/cm2) yang menyatakan tegangan kayu yang diperkenankan dipakai dalam perhitungan-perhitungan. Tegangan ijin dibedakan menurut gaya yang bekerja dan arah bekerjanya gaya, yaitu :
σlt = Tegangan ijin lentur.
σds = Tegangan ijin desak sejajar serat.‖ σσtr = Tegangan ijin tarik sejajar serat.‖ σds = Tegangan ijin desak tegak lurus serat.ḻ τ‖ = Tegangan ijin geser sejajar serat.
Besarnya tegangan ijin tergantung dengan kelas kuat kayu. 6. Langkah perhitungan tegangan ijin
Ada beberapa langkah umum dalam menghitung tegangan ijin kayu, adalah sebagai berikut :
Jenis kayu yang akan dipakai dalam perencanaan dapat diambil dari tabel yang terdapat pada Lampiran I. Dari tabel tersebut akan diketahui kelas kuatnya dan berat jenisnya (=g). Apabila terdiri dari beberapa kelas kekuatan, pilih yang terendah (agar lebih aman).
b. Tentukan Tegangan ijinnya.
Besarnya tegangan ijin bisa ditentukan berdasarkan kelas kuatnya, dapat diambil dari tabel yang terdapat pada Lampiran II. Bila ragu-ragu mengunakan tabel tersebut, dapat menggunakan rumus yang terdapat dibawah ini, berdasarkan berat jenisnya.
• σlt = 170 g
• σtr//= σds//= 150 g
• σds = 40 gḻ
• τ// = 20 g
dengan g = berat jenis kayu. Lampiran dan rumus tersebut diatas hanya berlaku untuk kayu mutu A. Sedang untuk kayu mutu B, tegangan ijinnya harus dikalikan dengan faktor α =3/4.
c. Tegangan ijin yang diperoleh diatas adalah untuk kayu terlindung, sehingga untuk kayu yang tidak terlindung, misalnya : selalu terendam air, kadar lengas tinggi, terkena air hujan dan matahari, maka tegangan ijinnya harus dikalikan dengan faktor 2/3 ( β= 2/3). Bila struktur tidak terlindung namun dapat mengering dengan cepat, misalnya : untuk jembatan, perancah, maka tegangan ijin harus dikalikan dengan faktor 5/6 ( β= 5/6).
Gambar 2.1 Arah Gaya terhadap Batang Horisontal
d. Bila sifat muatan struktur kayu berupa beban sementara ,makategangan ijinnya harus dikalikan dengan angka 5/4 ( ϒ= 5/4).
Dengan demikian rumus tegangan ijinnya menjadi :
σtr//=σds//= 150gβ αϒ σds = 40gḻ β αϒ
σds = 40gḻ β αϒ
e. Bila arah gaya batang membentuk sudut α dengan arah serat kayu (Gambar 2.1), maka tegangan yang diijinkan harus dihitung menurut rumus : σdsa = σds// - (σds// - σds ) sinḻ α dengan, σdsa = Tegangan ijin desak kayu dengan sudut α terhadap arah serat. Disamping dengan rumus diatas, juga dapat berdasarkan diagram (Lampiran II).
7. Ukuran lebar bentang pada batang terlentur
Di dalam PKKI Pasal 12 tertulis bahwa penetapan ukuran jarak bentang pada struktur terlentur mengikuti syarat - syarat sebagai berikut :
• Panjang perletakan dari sebuah balok di atas dua perletakan harus diambil setinggitingginya L/20 jarak antara kedua ujung perletakan. Sebagai jarak bentang harus diambil jarak antara kedua titik tengah perletakan tersebut dan setinggi - tingginya 1,05 kali jarak antara ujung perletakan.
• Apabila perletakan-perletakan berupa sendi, maka sebagai jarak bentang lurus diambil jarak antara kedua titik sendi tersebut.
• Jika sebuah balok atau pelat itu merupakan balok tersusun, maka sebagai jarak bentang masing-masing lapangan harus diambil jarak antara titik tengah-tengah masing perletakan. Pada balok tersusun masing-masing lapangan dapat dianggap seperti terletak diatas dua perletakan. Sedangkan tegangan lentur yang diperkenankan untuk balok tersebut boleh dinaikan 10 %.
• Pada balok dengan tunjang, sebagai jarak bentang harus diambil : l = (l1 + l2) / 2.
BAB III
PERHITUNGAN DAN PENYELESAIAN 3.1 Perhitungan
3.1.1 Desain Batang Tarik
Diketahui suatu batang tarik menerima gaya:
TD = 10 kN ± nomorabsen 21 = 31 kN
TLa = 10 kN ± nomorabsen 21 = 31 kN
TW = 5 kN ± nomorabsen 21 = 26 kN
Tentukan dimensi batang tarik tersebut yang memenuhi syarat, jika digunakan kayu Akasia mangium dengan E-11 dari pemilahan maksimal.
Jawab: a) Kombinasi Pembebanan: • Kombinasi 1 Tu = 1.4 TD = 1.4 x 37 = 43,4 kN • Kombinasi 2 Tu = 1.2 TD + 0.5 TLa = 1.2 (31) + 0.5(31) = 52,7 kN • Kombinasi 3 Tu = 1.2 TD + 1.6 TLa + 0.8 TW= 1.2 (31) + 1.6(31) +0.8(26)= 107,6 kN • Kombinasi 4 Tu = 1.2 TD + 1.3 TW + 0.5 TLa= 1.2 (31) + 1.3(26) +0.5(31)= 86,5 kN b) Kuat acuan:
Kayu tersebut tergolong dalam E-11, Ft = 8,0 MPa (dariTabel SNI-2013), Faktor konversi format KF = 2,70, factor ketahanan tarik Фt = 0,80
c) Kuat acuan Ft harus dikoreksi dengan faktor-faktor CM, CF, CT dst. Asumsikan CM = 1 (Tabel)
CF = (12/D)1/9dimana D dalam inch... kalau dalam mm CF = (305/D) 1/9 Asumsikan CF= 1
maka Ft’= CM CF KF Ft= 21,6 MPa Misalkan penampang berukuran B x D A = BD
An = 0,8 BD (misalkan An = 0,8 A) T’ = Ft’ An = 21,6 (0.8BD)
λ = 0.8 untuk kombinasi 3
Tu < λ Фt T’ (seharusnya cek semua kombinasi pembebanan dg λ berbeda) 107600 < 0,8· 0,8 ·21,6 (0,8BD)
BD > 9729,5 mm2
d) Dimensi penampang:
Jika B=D maka B2 > 9729,5 B > 98,6 mm, Ambil ukuran 100 x 100 mm2. Atau alternatif lain, jika B = 60 maka D > 5787/60 > 96,5 mm, Ambil ukuran 60 x 100 mm2
Catatan: CF = (12/(100/25.4))1/9= 1.13
di cek kembali dimensi penampangnya jika CF < 1 (Rubah Dimensi dan hitung sampai dengan CF < 1) 3.1.2 Disain Batang Tekan (Hanya gaya normal tekan sentris)
Diketahui suatu batang tekan berukuran 150 x 150 mm2, panjang batang 2500 mm ± nomor absen 21 = 2521 mm, tergolong E17 dari pemilahan secara masinal. Perletakan adalah sendi-sendi. Hitung besarnya gaya tekan terfaktor Pu yang dapat diterima batang tekan tersebut.
Jawab:
a) Kelas Kuat Kayu
E17 dari tabel didapat Fc = 13,2 Mpa Emin = 8500 MPa
b) Cek rasio kelangsingan: ke L = ℓe = 1 (2521) = 2521 mm ℓe / d =2521/ 150 = 16,81 < 50 ok!
c) Kuat Tekan (FCE)
FCE= [0,822 Emin]/[ ℓe / d ]2
FCE = 0,822 ∙ 8500 / 16,812 = 24,74 Mpa
Fc*=Fc dikalikan semua faktor kecuali CP (faktor kestabilan kolom) Jika CM =1 CF=1 KF = 2,4 (faktor lain diasumsikan = 1)
Maka Fc* = Fc.KF.CM.CF =13,2. 2,4.1.1= 31,68 MPa
d) Beban Yang Mampu Dipikul (Pu)
P0’= A Fc*= (150)(150)(31,68)=712800 N αc = FCE/FC*= 24,6/31,68 = 0,77
c = 0.8 untuk batang masif Faktor kestabilan kolom,
CP = [(1+ αc)/2c]-[ [(1+ αc)/2c ¿2 –αc/c]0,5 = [(1+0,78)/2.0,8)]-[(1+0,78)2.0,8]0,5 =0,493 P’ = Cp Po’=0.493*(712800) = 351410,4 N Pu = λ Фc P’ = 0.8*(0.9)* 351410,4 = 253015,49 N Cek Pembebanan: Pu = 253015,49 N < P’ = 351410,4 N (ok)
3.13.1.3 Desain penampang terhadap momen lentur,gaya geser dan lendutan:
Diketahui suatu balok di atas dua perletakan sendi dan rol dengan ukuran B = 80 mm, D = 120 mm, panjang bentang L=1750 mm ± nomor absen 21 = 1771 mm, kayu tergolong E19. Beban mati merata yang bekerja qD = 2 kN/m. Asumsikan CL = 1, CM =1 dan CF =1. Lendutan yang diijinkan 1/300 panjang bentang.
Hitung:
1. Besarnya beban hidup merata qL yang dapat diterima.
2. Jika ada takikan pada perletakan, hitung berapa minimum harga dn (tinggi balok di perletakan) yang diperbolehkan.
Jawab: 80mm 120 mm Qdl=2kN/m A C B L = 1771 mm δijin = L/300 = 1771/300 =509,3 mm E = 19000 MPa
Kuat lentur acuan Fb = 18,5 MPa, KF = 2,54 kuat geser acuan Fv = 2,18 MPa, KF = 2,88 Kombinasi beban U = 1,2 DL + 1,6 LL
(diasumsikan paling kritis), faktor waktu λ = 0,8
Penyelesaian:
a) Syarat terhadap kuat lentur, cek terhadap momen maksimum Momen maksimum ada di tengah bentang, di C
MDL = qDL L2/8 = 2. 1,7712/8 = 0,78 kNm
Sx = BD2/6 = 80. 1202/6 = 192.000 mm3 , factor tahanan lentur Ǿb = 0,85 Fb = M/Sx, M = Fb. Sx M’= λ. Ǿb. CL. CM. CF. Sx. KF Fb = 0,8. 0,85. 1. 1. 1. 192000. 2.54 (18,5) = 6,14 kNm Mu < M’ 1,2 MDL + 1,6 MLL < 6,14 kNm….momen lentur 1,2 (0,78) + 1,6 MLL < 6,14 kNm 0,936 + 1,6 MLL < 6,14 kNm 1,6 MLL < 6,14 kNm – 0,936 MLL < 5,204/1,6 kNm MLL < 3,2525 kNm qLL . L2/8 < 3,2525 KN/m qLL 1,7712/8 < 3,2525 kN/m qLL 0,392/3,2525 kN/m qLL < 2,860 kN/m………..( a )
b) Syarat terhadap kuat geser, cek terhadap gaya geser maksimum faktor tahanan geser Ǿv = 0,75
Fv = 23BDv , V = 32 Fv BD =14400 Fv’ = C L. CM. CF. KF . Fv = 6,3 MPa V’ = λ.Ǿ 32 Fv BD = 0,8. 0,75. 1,5. 80. 120 = 8,640 kN V DL = qDL L / 2 = 2. 1,771/2 = 1,771kN Vu < V’ 1,2 VDL + 1,6 VLL <8,64 kN 1,2 (1,771) + 1,6 VLL < 8,64 kN, 1,6 VLL < 8,640 – 2152,2 VLL <4,072 kN qLL. L 2 < 4,072 . qLL.1,754 2 < 4,072kN qLL ¿ 4,072 kN/m………( b )
c) Syarat terhadap lendutan maksimum, tanpa load faktor, (lendutan maksimum di tengah bentang)
Ix = 121 BD3 = 11.520.000 mm4 ∆ = 3845 (qDL+E IxqLL)L4 = 3845 19000.(211.520.000+qll) 1,7714,syarat δijin > Δ 5.85≥ 3845 19000.11.520.000(2+qll) 1,7714 qLL < 5,74 kN/m……….……...( c ) KESIMPULAN:
Beban hidup yang dapat dipikul adalah yang terkecil dari (a), (b) dan (c) yaitu qLL < 5,74 kN/m
d) Takikan yang diperbolehkan pada tumpuan. M = 0, Cek terhadap kuat geser Vu = (1,2qDL+21,6qLL)L = (1,2.2+1,6.23,578)1. 771 = 6,2 kN V’ = λ . Ǿ vVU = 0,80.0,756,2 = 10,3 V’ = 32 FV’ Bdn
[
120dn]
2 11,875 = 32 (6.3). (80)[
120dn]
2; dn = 90,60 mm Dn = 21 mm D=120 mm3.2 Rekapitulasi hasil perhitungan
1. Desain batang tarik a)Kombinasi pembebanan
o h (kN) 1 Kombinasi 1 1,4 - - 43,4 2 Kombinasi 2 1,2 0,5 - 52,7 3 Kombinasi 3 1,2 1,6 0,8 107,6 4 Kombinasi 4 1,2 0,5 1,3 86,5 b)Kuat acuan N o Golongan kayu Ft (Mpa) KF Øt 1 E-11 8,0 2,70 0,80 c)Kuat acuan Ft No Asumsi Jumlah (Ft’)Mpa CM CF KF Ft (Mpa) 1 1 1 2,70 8,0 21,6 misalkan N o B D An T’ ƛ Øt Tu 1 80 120 0,8 21,6 0.8 0,8 107600 d)Dimensi Penampang
Jika B=D maka B2 > 4195, B > 64,7 mm, Ambil ukuran 100 x 100 mm2
Catatan: CF = (12/(100/25.4))1/9= 1.13
2. Desain batang tekan
- Panjang (le) = 2521 - Lebar (B) = 150 - Tinggi (D) = 150 - Kelas kayu = E-17 - Rasio Kelangsingan = 16,81 3. Kuat Tekan (FCE)
No perhitungan ┴ Emin( Mpa) Le D Jumlah (Mpa) 1 FCE 0,822 8500 2521 150 24,74
Jika CM =1 CF=1 KF = 2,4 (faktor lain diasumsikan = 1) Maka Fc* = Fc.KF.CM.CF =13,2. 2,4.1.1= 31,68 MPa
4. Beban yang mampu di pikul N o Perhitunga n A Fc* FCE Jumlah B D 1 PO’ 150 150 31,68 - 712800 2 ɑc - - 31,68 24,6 0,77
Ket: c = 0,8 Untuk batang Masif 5. Faktor kesetabilan kolom
No Perhitungan [(1+ αc)/2c] [(1+ αc)/2c ¿2 αc/c [(1+ αc)/2c ¿2 – αc/c]0.5 Jumlah 1 CP 0,712 0,507 0.975 1,219 0.493
No Perhitungan CP PO’ ƛ Фc P’ Jumlah (N)
1 P’ 0.6048 712800 - - - 253015,49 2 PU - - 0,8 0,9 431101 351410,4 6. Cek Pembebanan: Pu= 253015,49 N < P’= 351410,4 N (ok) 7. Desain Penampang - Panjang (le) = 1771 - Lebar (B) = 80 - Tinggi (D) = 120 - Kelas kayu = E-19 - Beban mati merata = 2 KN/m - δijin = L/300 = 1771/300 = 509,3 mm - E = 19000 MPa
- Kuat lentur acuan Fb = 18,5 MPa, KF = 2,54 - kuat geser acuan Fv = 2,18 MPa, KF = 2,88 - Kombinasi beban U = 1,2 DL + 1,6 LL
- (diasumsikan paling kritis), faktor waktu λ = 0,8 8. Momen lentur No Perhitu-ngan QDL L2/ 8 BD2/6 ƛ Ǿb C L C M C F SX KF Fb jumlah
1 MDL 2 0,3 92 - - - -2 SX -19200 0 - 0,8 5 - - - 192000 3 FB -19200 0 0, 8 0,8 5 1 1 1 19200 0 2,5 4 18,5 6,14KN/m 4 MLL - - - 6,14 2,8 5 QLL - 0,3 92 - - - 2,860 9. Kuat geser No Perhitu -ngan Ǿ CL CM CF KF FV BD ƛ qDL jumlah 1 FV’ 1 1 1 2,8 8 2,1 8 - - - 6,3 Mpa 2 V’ 0,75 - - - - 2,1 8 9600 0,8 - 8,640 KN 3 VDL - - - 2.L/2 1,771 10. Lendutan
No Perhitungan EIx ∆ Jumlah
1 QLL 2188,8 m4 5,87 5,74 11. Takikan No Perhitu ngan QDL QLL L B FV’ VU V’ ƛ Ǿv Jumlah 1 VU 2 2,86 1,771 - - - 6,2 2 V’ - - - 7,125 - 0,8 0,75 10,3 3 Dn - - - 80 6,3 - 10,3 - - 21
BAB IV KESIMPULAN 1. Pembahasan umum
Kayu dapat di gunakan untuk berbagai macam jenis konstruksi pada bangunan keperluan seperti untuk membuat konstruksi bangunan dan perlengkapan alat-alat rumah tangga. Kayu sebagai bahan konstrusi banyak didapat dari hutan
Dari perhitungan di bab 3 dapat di simpulkan sbb:
A. Desain batang tarik
• Kombinasi Pembebanan: - Kombinasi 1 Tu = 1.4 TD = 1.4 x 14 = 19,6 kN - Kombinasi 2 Tu = 1.2 TD + 0.5 TLa = 1.2 (14) + 0.5(14) = 23,8 kN - Kombinasi 3 Tu = 1.2 TD + 1.6 TLa + 0.8 TW= 1.2 (14) + 1.6(14) +0.8(9)= 46,4 kN - Kombinasi 4 Tu = 1.2 TD + 1.3 TW + 0.5 TLa= 1.2 (14) + 1.3(9) +0.5(14)= 35,5 kN • Kuat acuan
Kayu E-11 , Ft = 8,0 MPa, Faktor konversi format KF = 2,70, factor ketahanan tarik Фt=0,80
• Kuat acuan Ft dengan faktor-faktor CM, CF, CT dst. T’ = Ft’ An = 21,6 (0.8BD) λ = 0.8 Tu< λФt T’ 46400 < 0,8· 0,8 ·21,6 (0,8BD) BD >4195 mm2 • Dimensi penampang: Jika B=D maka B2 >4195, B >64,7 mm, = 65 x 65 mm2 Catatan: CF = (12/(100/25.4))1/9= 1.13
B. Desain batang tekan
• Kelas Kuat Kayu
E17 = Fc = 13,2 Mpa Emin = 8500 MPa
• Cek rasio kelangsingan: ke L = ℓe = 1 (2504) = 2504 mm
ℓe / d =2504/ 150 = 16,69< 50 ok!
• Kuat Tekan (FCE)
FCE= [0,822 Emin]/[ ℓe / d ]2
FCE = 0,822 ∙ 8500 / 16,692 = 25 Mpa Fc*=Fc
CM =1 CF=1 KF = 2,4
Fc* = Fc.KF.CM.CF =13,2. 2,4.1.1= 31,68 MPa
• Beban Yang Mampu Dipikul (Pu)
P0’= A Fc*= (150)(150)(31,68)=712800 N αc = FCE/FC*= 25/31,68 = 0,79
c = 0.8
- Faktor kestabilan kolom,
CP = [(1+ αc)/2c]-[ [(1+ αc)/2c]2–αc/c]0.5 =1,11875-(1,118752 – 0,9875)0,5 = 0,6048 P’=Cp Po’=0,6048*(712800) = 431101 N Pu = λ Фc P’ = 0.8*(0.9)* 431101=310393 N - Cek Pembebanan: Pu = 310393 N< P’ = 431101 N (ok) C. Desain penampang terhadap momen lentur
Beban hidup yang dapat dipikul adalah yang yaitu qLL<3 kN/m
e) Takikan yang diperbolehkan pada tumpuan. M = 0, Cek terhadap kuat geser
Vu = (1,2qDL+21,6qLL)L = (1,2.2+1,62.3,578)754 = 7,125 kN V’ = λ . ǾvVU = 0,80.0,757,125 = 11,875
V’ = 32 FV’ Bdn
[
120dn]
2Dn=22,6 mm D=120mm
4.2. Penutup
Puji syukur penyusun panjatkan ke hadirat Allah SWT, atas rahmat dan petunjuk-Nya sehingga laporan “STRUKTUR KAYU” dapat terselesaikan dengan baik. Penyusun menyadari sepenuhnya bahwa apa yang tertuang dalam tugas akhir ini banyak kekurangan dari segi penyajian maupun penyeleaian. Hal ini karena keterbatasan waktu dan keterbatasan ilmu yang penyusun miliki, yang belum berpengalaman dalam perencanaan, khususnya perencanaan bangunan.Dalam penyusunan laporan ini, penyusun telah berusaha menerapkan teori-teori yang telah didapat selama perkuliahan dan peraturan-peraturan serta literatur-literatur yang berhubungan dengan konstruksi kayu.
4.3. Saran
1. Asumsi yang sesuai dalam menghitung suatu gaya, sehingga perhitungan bisa lebih akurat.
2. Estimasi beban dan analisa statika harus benar, agar didapatkan suatu konstruksi yang aman dan memenuhi syarat seperti yang telah ditentukan dalam perencanaan.
3. Untuk mendapatkan hasil yang akurat, maka dibutuhkan pemahaman yang menyeluruh tentang tahap-tahap dalam proses perencanaan, dan teori-teori yang didapat di bangku kuliah harus selalu dikembangkan.
