iv
PENGARUH PRYDA CLAW NAILPLATE DAN PEREKAT TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU PADA SAMBUNGAN MIRING ( SCARF
JOINT )
Adik Kurniawan 2010
Skripsi
Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik
v
Motto
“Allah meninggikan orang- orang yang beriman dianta ra kamu dan orang- orang yang berilmu bebera pa deraja t”
( QS. Al Muja dallah )
Akal dan bela jar itu seperti raga dan jiwa , Tanpa raga, jiwa hanyalah udara hampa
Tanpa jiwa, jiwa adalah kerangka tanpa makna
( Khalil Gibran)
Ma sa depan tidak terleta k pada orang- orang yang berhati kecil, melainkan pada mereka yang berjiwa besar dan pemberani ( Ronald Rea gen )
Jadik an hari ini lebih baik dari hari kema rin, dan jadikan ha ri esok lebih baik dari hari ini
Jangan tak ut untuk melak ukan kesa lahan, tetapi jadikanlah kesa lahan sebagai jalan menuju keba ikan
Persembahan
Kupersembahka n karyaku ini kepada :
Bapak , Ibu dan adik -a dikku yang tidak henti- hentinya memberikan do’a dan duk ungannya kepadaku.
Teman seperjuangan Andrew, Aries, Waya n, Wa hyoe terima kasih atas kerja sa manya.
Temen temen kampus ku yang tidak bisa aku sebutkan satu persatu, hanya bisa a ku uca pkan terima kasih atas dukungan dan do’a nya.
vi ABSTRAK
Adik Kurniawan 2010. “PENGARUH PRYDA CLAW NAILPLATE DAN PEREKAT TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU PADA SAMBUNGAN MIRING ( SCARF JOINT )”. Skripsi, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penyediaan bentang kayu untuk memenuhi pembangunan saat ini membutuhkan kayu yang cukup panjang dan besar dimensinya, sedangkan panjang kayu yang tersedia di pasaran sangatlah terbatas. Untuk memperoleh kayu dengan bentang yang panjang diperlukan penyambungan. Kegagalan pada suatu struktur yang memakai sambungan sering disebabkan oleh gagalnya sambungan. Oleh karena itu, pada penyambungan kayu perlu diketahui pengaruh jenis sambungan dan alat sambungnya terhadap perilaku mekanikanya.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen laboratorium. Dalam penelitian ini menggunakan dua macam benda uji yaitu: benda uji pendahuluan dan benda uji kuat lentur sambungan. Kemudian dari hasil uji pendahuluan dapat digunakan untuk menentukan panjang kritis (Lcr) benda uji kuat lentur. Benda uji kuat lentur meliputi benda uji kuat lentur balok tanpa sambungan dan benda uji balok dengan sambungan miring (scarf joint). Jumlah benda uji kuat lentur adalah 12 buah balok dengan tiga variasi, masing-masing variasi dibuat 3 buah balok uji yaitu Balok Tanpa Sambungan (BTS), Sambungan Miring (scarf joint) variasi 1, 2, dan 3. Pengujian balok dilakukan dengan pembebanan statik untuk kondisi pada jarak sepertiga bentang dari tumpuan (third loading point). Pembebanan dihentikan apabila balok telah mengalami kerusakan.
Hasil pengujian kuat lentur balok tanpa sambungan diperoleh kuat lentur sebesar 720,20 kg/cm2 dan modulus elastisitas sebesar 132676,44 kg/cm2, sedangkan hasil pengujian kuat lentur sambungan miring (scarf joint) variasi 1, 2, 3 berturut-turut adalah 163,63 kg/cm2; 218,09 kg/cm2; 238,67 kg/cm2 dan besarnya modulus elastisitas berturut-turut adalah 68918,88 kg/cm2; 80824,67 kg/cm2; 93714,26 kg/cm2. Sehingga dapat disimpulkan bahwa sambungan miring variasi 3 dapat menjadi alternatif yang lebih baik dibandingkan dengan sambungan miring variasi 1, 2. Peningkatan yang terjadi secara linier tersebut diakibatkan adanya aksi komposit sehingga mengalami transformasi tegangan pada penampang balok.
vii ABSTRACT
Adik Kurniawan 2010. “THE EFFECT OF PRYDA CLAW NAILPLATE AND ADHESIVE ON THE FLEXIBILITY STRENGTH OF TIMBER BEAM IN THE SCARF JOINT”. Thesis, Civil Engineering Department of Engineering Faculty of Surakarta Sebelas Maret University.
Provision of timber to meet the current development requires a long wood and large dimensions, while the length of wood that are available in the market is very limited. To get the wood with long spans are required connection. The failure of a structure with joint is frequently caused by the joint failure. For that reason, in making the wood connection, there should be knowledge about the effect of joint types and the connector on the mechanic behavior.
The method employed in this research was laboratory experimental. The research employed two tested object: introductory and joint flexibility strength tested objects. The result of preliminary test then can be used for determining the critical length (Lcr) of flexibility strength tested object. The flexibility strength tested object includes the beam flexibility strength tested object without joint and the one with scarf joint. The number of flexibility strength tested object is 12 timber beams with three variations, each of which is made into 3 tested beams: Beam Without Connection (BTS), Scarf joint with variation 1, 2, and 3. The beam testing was done with static loading for the condition on the third loading point. The loading was stopped if the beam damages.
The result flexibility testing for beam without connection, the flexibility strength of 720.20 kg/cm2 and elasticity modulus of 132676.44 kg/cm2, meanwhile the result of beam flexibility testing for scarf joint beam of variations 1, 2, 3 are 163.63 kg/cm2; 218.09 kg/cm2; 238.67 kg/cm2, respectively and the elasticity modulus are 68918.88 kg/cm2; 80824.67 kg/cm2; 93714.26 kg/cm2, respectively. The use of pryda claw nailplate variation 3 can be concluded that the scarf joint of variation 3 can become the better alternative than the one of variations 1, 2. The linear increase occurs as a result of composite action so that the strain transformation occurs on the beam plane.
viii
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah melimpahkan karunia, petunjuk, dan hidayah-Nya kepada penyusun sehingga penyusun dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir yang berjudul “PENGARUH PRYDA CLAW NAIL PLATE DAN PEREKAT TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU PADA SAMBUNGAN MIRING ( SCARF JOINT )”.
Penyusunan tugas akhir ini bertujuan untuk melengkapi salah satu syarat yang harus ditempuh guna meraih gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Melalui penyusunan tugas akhir ini diharapkan dapat menambah wawasan dan pengalaman bagi penyusun sehingga dapat menjadi bekal di kemudian hari.
Penyusun menyadari bahwa penyusunan tugas akhir ini tidak mungkin dapat terselesaikan tanpa adanya bantuan, bimbingan, dan pengarahan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penyusun ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Segenap Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Segenap Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Non-Reguler Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3. Purnawan Gunawan, ST, MT selaku dosen pembimbing I yang telah berkenan memberikan bimbingan dan pengarahan sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
4. Ir.Budi Utomo, MT selaku dosen pembimbing II yang telah berkenan memberikan bimbingan dan pengarahan sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
5. Ir.Sumardi, MD selaku pembimbing akademis.
ix
7. Segenap staf pengajar dan staf administrasi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
8. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
9. Semua pihak yang telah berkenan membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.
Penyusun menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna serta mempertimbangkan bahwa perkembangan ilmu pengetahuan bersifat dinamis sejalan dengan dinamika pemikiran manusia. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penyusun harapkan demi kesempurnaan tugas akhir ini.
Semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak pada umumnya dan bagi mahasiswa pada khususnya.
Surakarta, Januari 2010
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……….………... i
HALAMAN PERSETUJUAN ……….………... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACT... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR NOTASI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN... xv
BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 3
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Tujuan Penelitian... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1.1 Sifat –Sifat Kayu ... 7
2.1.1.1 Sifat Fisik Kayu ... 7
2.1.1.2 Sifat Mekanik Kayu ... 9
2.1.1.3 Sifat Kimia Kayu ... 12
2.1.2 Mutu Kayu ... 13
2.1.3 Sambungan Kayu ... 14
xi
2.1.5 Alat Sambung ... 17
2.1.6 Pengertian Plat Pryda ... 18
2.1.7 Penol Epoxy ... 19
2.1.8 Sambungan Miring (Scarf Joint ) ... 19
2.1.9 Sambungan Plat ... 19
2.2. LANDASAN TEORI ... 20
2.2.1. Kriteria Perencanaan Balok ... 20
2.2.2. Panjang Kritis Balok ... 22
2.2.3. Kadar Air ... 22
2.2.4. Berat Jenis ... 23
2.2.5. Kerapatan ... 23
2.2.6. Modulus Elastisitas ... 24
2.2.7. Lendutan Balok ... 25
2.2.8. Kuat Lentur ... 26
2.2.9. Balok Komposit ... 28
BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1. Tinjauan Umum ... 29
3.2. Bahan Penelitian ... 29
3.2.1 Kayu ... 29
3.2.2 Plat Pryda ... 30
3.2.3 Perekat ... 30
3.3. Langkah Penyambungan ... 30
3.4. Peralatan Penelitian ... 31
3.4.1 Peralatan Pembuatan Benda Uji ... 31
3.4.2 Peralatan Pengujian Sifat Fisika dan Mekanika Balok ... 31
3.4.3 Peralatan Pengujian untk Balok Sambungan ... 33
3.5. Benda Uji ... 35
3.5.1 Benda Uji Pendahuluan ... 35
3.5.2 Benda Uji Balok Kayu ... 36
3.6. Tahapan Metodologi Penelitian ... 38
xii
3.6.2 Tahap Pemilihan Bahan dan Peralatan ... 39
3.6.3 Tahap Uji Pendahuluan ... 39
3.6.4 Tahap Pembuatan Benda Uji Kayu Kruing ... 39
3.6.5 Tahap Pemeriksaan Kadar Air dan Berat Jenis Sebelum Pengujian...40
3.6.6 Tahap Pengujian Kuat Lentur dan Modulus Elastisitas ... 42
3.6.7 Tahap Analisis Hasil Penelitian ... 45
3.7. Kerangka Pikir . ... 45
BAB 4. ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1. Perhitungan Data Pengujian ... 47
4.1.1 Perhitungan Data Pengujian Kadar Air ... 47
4.1.2 Perhitungan Data Pengujian Berat Jenis ... 48
4.1.3 Perhitungan Data Pengujian Kuat Lentur dan Kuat Geser Pada Uji Pendahuluan...49
4.1.4 Perhitungan Data Pengujian Kuat Lentur ... 51
4.1.5 Perhitungan Data Pengujian Modulus Elastisitas ... 55
4.1.5.1 Perhitungan Modulus Elastisitas Berdasarkan Pengujian...55
4.1.5.2 Perhitungan Modulus Elastisitas dengan Rumus Estimasi Kuat Acuan...60
4.1.5.3 Perhitungan Modulus Elastisitas dengan Rumus...61
4.2. Pembahasan... 64
4.2.1 Kadar Air . ... 64
4.2.2 Berat Jenis ... 64
4.2.3 Kuat Lentur . ... 64
4.2.4 Modulus Elastisitas . ... 65
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 67
5.2. Saran ... 67
xiii
LAMPIRAN ... xvi
DAFTAR NOTASI
a = Jarak beban terhadap tumpuan ( cm ) b = Lebar balok ( mm )
Fc // = Gaya desak sejajar serat ( kg/cm2 )
Fc = Gaya desak tegak lurus serat ( kg/cm2 )
Ft // = Gaya tarik sejajar serat ( kg/cm2 )
Ft = Gaya tarik tegak lurus serat ( kg/cm2 )
Fv // = Gaya geser sejajar serat ( kg/cm2 )
Fv = Gaya geser tegak lurus serat ( kg/cm2 )
Gm = Berat jenis ( gr/cm3 )
h = Tinggi balok ( mm )
I = Momen inersia penampang (mm4) It = Momen inersia total penampang ( cm4 )
IT = Momen inersia penampang tertransformasi ( cm4 )
Lcr = Panjang Kritis ( cm )
Ls = Jarak tumpuan ( cm )
MOE = Modulus Elastisitas ( kg/cm2 ) MOR = Kuat lentur ( kg/cm2 )
m = Kadar air ( % )
mw = Massa benda uji pada kadar air w ( g )
Mmaks = Momen maksimum ( kg.cm )
n = rasio modulus elastisitas bahan ( ) 1 2
E E
Pmaks = Beban maksimum ( kg )
q = Berat sendiri sampel ( kg/cm )
Q = Momen pertama yang ditinjau terhadap garis netral ( mm3 ) Vw = Volume benda uji pada kadar air w ( cm³ )
Wd = Berat benda uji setelah kering oven ( gram )
Wg = Berat benda uji sebelum dikeringkan ( gram )
y = Ordinat titik berat ( cm )
= Defleksi balok ( cm ) = Kerapatan kayu ( kg/m3 )
w
= Kerapatan pada benda uji pada kadar air w ( g/cm³ )
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kadar air yang cocok untuk bermacam-macam konstruksi ... 7
Tabel 2.2 Hubungan antara berat jenis kayu dengan kelas berat kayu ... 8
Tabel 2.3 Klasifikasi keawetan kayu di Indonesia... 9
Tabel 2.4 Sifat-sifat mekanik kayu yang penting ... 10
Tabel 2.5 Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu ... 13
Tabel 2.6 Nilai kuat acuan (Mpa) berdasarkan atas pemilihan secara masinal pada kadar air 15% ... 14
Tabel 3.1 Benda Uji Pendahuluan... 35
Tabel 3.2 Jumlah benda uji balok. ... 36
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Kadar Air Kayu Kruing ... 48
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Berat Jenis Kayu Kruing ... 49
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kuat Lentur Kayu Kruing... 50
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Kuat Geser Kayu Kruing ... 51
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Kuat Lentur Kayu Kruing... 53
Tabel 4.6 Perubahan Kuat Letur balok kayu tanpa sambungan dan sambungan scarf joint menggunakan pryda claw nailplate dan penol epoxy...54
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Modulus Elastisitas Kayu Kruing . ... 56
Tabel 4.8 Data pembacaan beban dan lendutan balok tanpa sambungan sampel 1 ...58
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kurva tegangan dan regangan bahan kayu dengan gaya aksial
sejajar serat (Edlund, 1995) ...12
Gambar 2.2 Kondisi pembebanan ... 21
Gambar 2.3 Distribusi tegangan ... 21
Gambar 2.4 Pengujian Modulus Elastisitas ... 24
Gambar 2.5 Diagram Bidang Geser dan Bidang Momen ... 27
Gambar 3.1 Timbangan electrik dengan ketelitian 1 gram ... 31
Gambar 3.2 Oven dengan kapasitas suhu 200οC ... 32
Gambar 3.3 Universal Testing Machine (UTM) ... 32
Gambar 3.4 Loading Frame dan Hidraulic Jack ... 33
Gambar 3.5 Hydraulic Pump ... 33
Gambar 3.6 Load cell ... 34
Gambar 3.7 Tranducer ... 34
Gambar 3.8 Dial Gauge ... 35
Gambar 3.9 Sketsa dimensi benda uji pengujian kuat lentur ... 37
Gambar 3.10 Benda uji pengujian kuat lentur ... 38
Gambar 3.11 Gambar benda uji ... 40
Gambar 3.12 Benda uji kadar air kayu kruing ... 41
Gambar 3.13 Diagram Bidang Momen dan Bidang Geser ... 42
Gambar 3.14 Setting alat pengujian kuat lentur balok ... 44
Gambar 3.15 Bagan kerangka pikir tahapan metodologi penelitian... 46
Gambar 4.1 Grafik Kuat Lentur balok kayu tanpa sambungan dan sambungan scarf joint menggunakan pryda claw nailplate dan penol epoxy...54
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Beban Dan Lendutan Proporsional Pada Balok Tanpa Sambungan 1 ... 57
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A : Berkas Kelengkapan Skripsi Lampiran B : Hasil Uji Pendahuluan Lampiran C : Hasil Uji Kuat Lentur
Lampiran D : Hasil Analisa Kuat Lentur dan Modulus Elastisitas Lampiran E : Gambar Alat
xvii
Provision of landscape timber to meet the current development requires a long wood and large dimensions, while the length of wood that are available in the market is very limited. To get the wood with long spans are required connection. Failure to wear a connection structure which is often caused by failure of the connection. Therefore, the joining of wood to note the influence of the connection and equipment continued to mechanical behavior.
The method used in this study is the method of laboratory experiments. In this study using two kinds of test objects: a preliminary test objects and test objects strong flexible connection. Then from the results of preliminary tests can be used to determine the critical length (LCR) test object strongly resilient. A strong test of flexible objects include a strong test of flexible objects without a connection block and the block test object with the connection side (scarf joint). Number of flexible objects is a powerful test of 12 fruit blocks with three variations, each variation made 3 pieces of test beams Beam Without Connection (BTS), The Slopes (scarf joint) variation 1, 2, and 3. Beam test carried out by static loading conditions at a third distance from the pedestal landscape (third point loading). Loading was stopped when the beams have been damaged.
Bending strength test results of beams obtained without strong flexible connection of 720.20 kg/cm2 and modulus of elasticity of 132,676.44 kg/cm2, whereas the bending strength test side connection (scarf joint) variation 1, 2, 3, respectively 163 , 63 kg/cm2; 218.09 kg/cm2; 238.67 kg/cm2 and the amount of elastic modulus, respectively 68,918.88 kg/cm2; 80,824.67 kg/cm2; 93,714.26 kg/cm2. So that it can be concluded that the connection side 3 variations can be a better alternative than the side connection variations 1, 2. Increases linearly happens is the result of composite action that transformed the tension in the cross-section beams.
xviii
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara yang kaya akan kayu, baik jumlahnya maupun macam jenisnya, sehingga mudah didapat dan relatif murah harganya. Oleh karena itu, pemakaian kayu untuk konstruksi bangunan ditinjau dari segi ekonomisnya sangatlah menguntungkan.
Kayu merupakan salah satu bahan konstruksi yang mempunyai berat jenis ringan dan proses pengerjaannya dapat dilakukan dengan mudah dan peralatan yang sederhana. Sebagai bahan dari alam, kayu dapat terurai secara sempurna sehingga tidak ada istilah limbah pada konstruksi kayu. Penggunaan kayu kini telah meluas dalam berbagai fasilitas manusia baik itu dalam skala besar maupun kecil. Dalam hal ini terutama ditekankan pada penggunaan kayu dibidang teknik sipil, yaitu untuk bangunan gedung, jembatan, pelabuhan atau perumahan sebagai bahan utama maupun pelengkap.
Penebangan hutan secara liar di Indonesia (Illegal-logging), berakibat semakin berkurang pula persediaan kayu dengan kualitas baik, berdimensi besar dan panjang, bahkan kalaupun ada harganya terlalu mahal. Sehingga ini menimbulkan suatu pemikiran bagaimana kita bisa memanfaatkan dan meningkatkan kualitas kayu yang tersedia saat ini guna memenuhi kebutuhan tersebut
xix
sendiri merupakan titik terlemah dari sambungan kayu. Oleh karena itu pemilihan macam sambungan harus sesuai dengan sifat mekanik bentang kayu yang akan digunakan.
Dalam menyusun suatu sambungan konstruksi bangunan kayu umumnya terdiri dari dua batang kayu atau lebih yang saling disambungkan satu sama lain, sehingga menjadi satu batang kayu yang panjang. Sambungan dapat berupa batang mendatar maupun tegak lurus. Sambungan panjang mendatar umumnya digunakan untuk menyambung balok gording, balok tembok, balok bubungan dan sebagainya, sedangkan sambungan tegak lurus biasanya digunakan untuk menyambung tiang-tiang penyangga. Sambungan kayu ada beberapa macam misalnya sambungan tegak (scarf joint), sambungan miring (scarf joint), sambungan jari (finger joint). Dalam penelitian ini hanya meninjau untuk jenis sambungan mendatar yaitu sambungan miring (scarf joint)
Sambungan pada konstruksi bangunan baik itu beton, baja maupun kayu merupakan hal penting yang harus diperhatikan pada konstruksi tersebut. Oleh karena itu dalam penelitian ini diharapkan dapat diketahui pengaruh dari jumlah alat sambung kayu terhadap kuat lenturnya dan keefektifan dari sambungan miring (scarf joint) dengan perekat penol epoxy, yang mana pada penelitian terdahulu hanya menggunakan penol epoxy menghasilkan kekuatan yang masih lemah sehingga diperlukan perkuatan menggunakan pryda jenis claw nailplate
serta perekat penol epoxy.
1.2
Rumusan Masalah
xx
terhadap jenis sambungan yang digunakan sehingga memperoleh kekuatan yang diinginkan. Dalam penelitian ini dipilih sambungan miring (scarf joint)
menggunakan alat sambung pryda jenis claw nailplate dan perekat penol epoxy
untuk mengetahui seberapa besar kuat lentur yang dihasilkan.
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
a. Kayu yang digunakan yaitu kayu kruing, dengan perbandingan kemiringan benda uji 1b:4h.
b. Alat sambung yang digunakan adalah plat pryda jenis clawnailplate dengan tipe 6C2, dengan panjang 15,42 cm, dan lebar 5,14 cm, tebal 0,1 cm, dan perekat penol epoxy.
c. Jenis sambungan konstruksi yang digunakan adalah sambungan miring (scarf joint)
d. Dimensi pengujian kuat lentur sambungan scarf joint dengan tampang
( 6 cm x 10 cm x 220 cm ).
1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan yang didapat dari penelitian ini adalah :
a. Mengetahui besarnya nilai kuat lentur kayu kruing uji sambungan miring
(scarf joint) dengan menggunakan plat pryda jenis clawnailplate serta perekat
penol epoxy.
b. Mengetahui hambatan yang mungkin terjadi dalam penyambungan kayu tersebut dengan menggunakan plat pryda jenis clawnailplate.
1.5
Manfaat Penelitian
xxi
Dapat mengetahui pengaruh sifat mekanik kayu kruing berupa kuat lentur dari sambungan miring (scarf joint), menggunakan plat pryda jenis clawnailplate,
dengan perekat penol epoxy. b. Manfaat Praktis:
Memberikan alternatif pertimbangan dari sambungan miring (scarf joint)
menggunakan plat pryda jenis claw nailplate khususnya dalam penyediaan bentang yang ada.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 TINJAUAN PUSTAKA
Peningkatan pembangunan dibidang prasarana fisik di Indonesia mengakibatkan semakin meningkat pula penggunaan bahan kayu. Ditinjau dari segi struktur, bangunan kayu lebih aman terhadap bahaya gempa dan ditinjau dari segi arsitektur, bangunan kayu mempunyai nilai estetika yang tinggi. Disamping itu kayu sebagai bahan yang dapat diperbaharui. Kayu juga menjadi bahan bangunan yang relatif ekonomis.
Kayu merupakan hasil hutan dan sumber kekayaan alam, merupakan bahan mentah yang mudah diproses untuk digunakan sesuai dengan kemajuan teknologi. Kayu memiliki beberapa sifat sekaligus, yang tidak terdapat pada bahan-bahan lain, diantaranya memiliki kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang hampir seimbang, kayu mudah dibentuk dan dapat diperoleh dimana saja (Dumanauw, 1990).
xxii
a. Mudah didapat dan relatif murah harganya dibandingkan bahan bangunan lain seperti beton dan baja.
b. Mudah dikerjakan tanpa alat-alat berat khusus, misalnya mudah dipotong, dihaluskan, diukir ataupun disambung sabagai suatu konstruksi.
c. Bentuknya indah alami sehingga sering diexpose serat-seratnya sebagai hiasan ruang.
d. Isolasi panas, sehingga rumah yang banyak menggunakan bahan kayu akan terasa sejuk nyaman.
e. Tahan zat kimia, seperti asam atau garam dapur.
f. Ringan, mengurangi berat sendiri dari bangunan, sehingga dapat menghemat ukuran fondasinya.
g. Serba guna, artinya dapat dipakai sebagai konstruksi bangunan, seperti kuda-kuda atap, langit-langit, pintu jendela, tiang atau dinding, selain itu dapat juga untuk alat bantu kerja sementara seperti bekesting untuk cor beton, bouwplank, tangga kerja dan lain sebagainya.
Sedangkan sifat yang merugikan dari kayu yaitu antara lain:
a. Mudah terbakar dan menimbulkan api, sehingga rumah yang banyak memakai bahan kayu kalau terbakar sulit dipadamkan karena api mudah menjalar dari satu tempat ke tempat lainnya melalui bahan kayu ini.
b. Kekuatan dan keawetan kayu sangat tergantung dari jenis dan umur pohonnya, sedang kayu yang ada diperdagangan sulit ditaksir umurnya.
c. Cepat rusak oleh pengaruh alam, hujan/air menyebabkan kayu cepat lapuk, panas matahari menyebabkan kayu retak-retak.
d. Dapat dimakan serangga-serangga kecil sepertai rayap, bubuk dan kumbang. e. Dapat berubah bentuknya, menyusut atau memuai, tergantung kadar air yang
dikandungnya. Bila kandungan airnya banyak kayu akan memuai, sebaliknya kalau kering kayu akan menyusut.
xxiii
tersebut dihasilkan kayu-kayu berukuran panjang untuk gelagar, palang, tiang maupun konstruksi atap yang dirakit untuk membangun rumah.
Menurut Wirjomartono (1976), Dengan adanya alat sambung baru, disamping dapat menghemat pemakaian kayu juga dapat dibuat bangunan-bangunan besar seperti kuda-kuda untuk pabrik, gedung dan bangunan-bangunan lain yang memerlukan bentangan kayu yang panjang.
Kayu sebagai bahan konstruksi harus bersifat baik dengan ketentuan bahwa segala sifat dan kekurangan yang berhubungan dengan pemakaiannya sebagai bahan konstruksi tidak akan mengurangi nilai konstruksi. Kekuatan kayu dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti angka kerapatan, penyimpangan arah serat, cacat karena retak kayu atau mata kayu, kadar air serta beban (Yuni Maryati, 2008).
2.1.1. Sifat - Sifat Kayu
2.1.1.1 Sifat Fisik Kayu
a. Kadar air
Kadar air kayu adalah banyaknya air yang ada di dalam
sepotong kayu dinyatakan sebagai prosentase dari berat kayu
kering oven, banyaknya kandungan air pada kayu bervariasi
tergantung dari suhu dan kelembaban udara di sekitarnya dan
tergantung dari jenis kayu. Semua sifat fisik kayu sangat
dipengaruhi oleh perubahan kadar air kayu, oleh karena itu
dalam penggunaan kayu sebagai bahan baku bangunan perlu
diketahui kandungan kadar airnya (Dumanauw, 1990).
Berikut ini diberikan daftar kadar air yang cocok untuk bermacam-macam konstruksi yang tertera pada Tabel 2.1
xxiv
Konstruksi Kadar Lengas
Alat-alat pertanian, jembatan, pagar-pagar dan sebagainya. 18% Meja kursi untuk kebun, kuda-kuda yang terlindung 16% Perkakas rumah seperti tempat tidur, meja, kursi dan
sebagainya 12%
Sumber: Suwarno Wiryomartono 1976
b. Berat Jenis
Berat jenis kayu adalah perbandingan berat kayu terhadap volume air yang sama dengan volume kayu tersebut dengan menggunakan berat kayu kering sebagai dasar. Faktor tempat tumbuh dan iklim, letak geografis dan spesies dapat berpengaruh terhadap berat jenis, demikian pula letak bagian kayunya berpengaruh terhadap berat jenis kayu (Haygreen dan Bowyer, 1996).
Menurut Haygreen dan Bowyer (1996), kemungkinan kondisi kayu yang dipakai untuk menyatakan berat jenis adalah:
a. Volume basah, yaitu volume dimana dinding sel sama sekali basah atau jenuh dengan air atau berada pada kondisi titik jenuh serat atau di atasnya.
b. Volume pada keadaan seimbang, yaitu kayu pada kondisi kadar air di bawah titik jenuh serat.
c. Volume kering tanur, yaitu kondisi berat konstan setelah dikeringkan dalam tanur pada suhu ± 103°C.
Berdasarkan berat jenisnya, jenis-jenis kayu digolongkan kedalam kelas-kelas sesuai Tabel 2.2 berikut:
Tabel 2.2 Hubungan antara berat jenis kayu dengan kelas berat kayu
Kelas Berat Kayu Berat Jenis
Sangat berat Berat Agak berat Ringan
xxv
Sumber: Dumanauw J.F. (1990)
c. Higroskopik
Kayu mempunyai sifat higroskopik, yaitu dapat menyerap atau melepaskan air atau kelembaban. Suatu petunjuk, bahwa kayu sangat dipengaruhi oleh kelembaban dan suhu disekitarnya. Yang termasuk dalam sifat higroskopik kayu adalah kadar lengas dan kembang susut kayu (Dumanauw,1990).
d. Keawetan Kayu
Keawetan alami ialah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsur-unsur perusak kayu dari luar seperti jamur, rayap, bubuk, cacing laut dan makhluk lainnya yang diukur dengan jangka waktu tahunan (Dumanauw,1990).
Di Indonesia kelas keawetan kayu dapat dibagi dalam lima kelas. Kelas awet kayu yang penting adalah seperti yang terdapat pada Tabel 2.3 berikut :
Tabel 2.3 Klasifikasi keawetan kayu di Indonesia
Kelas awet I II III IV V
a. Selalu berhubungan dengan tanah lembab
b. Hanya terbuka terhadap angin dan iklim tetapi dilindungi terhadap pemasukan air dan kelemasan dilindungi terhadap kelemasan
tak
d. Seperti diatas (c) tetapi dipelihara yang baik ,selalu dicat dan
e. Serangan oleh rayap tidak jarang agak cepat
Sumber: Oey Djoen Seng (1951) LPHH-Bogor
xxvi
Sifat-sifat mekanik kayu atau kekuatan kayu adalah kemampuan kayu untuk menahan muatan dari luar. Muatan dari luar ialah gaya-gaya di luar benda yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah bentuk dan besarnya benda.
Sifat-sifat mekanik kayu yang penting adalah seperti yang terdapat pada Tabel 2.4 berikut:
Tabel 2.4 Sifat-sifat mekanik kayu yang penting
Sifat-sifat Bagaimana atau dimana sifat ini penting A. sifat Kekuatan
Kekuatan lentur
Kekuatan tekan sejajar serat
Kekuatan tekan tegak lurus serat
Kekuatan tarik sejajar serat
Kekuatan geser sejajar serat
B. Sifat Elastik Modulus elastisitas
Menentukan beban yang dapat dipikul suatu gelagar
Menentukan beban yang dapat dipikul suatu tiang atau pancang yang pendek
Penting dalam rancangan sambungan-sambungan antara suku-suku kayu dalam suatu bangunan dan pada penyangga gelagar
Penting untuk suku bawah (busur) pada penopang kayu dan dalam rancangan sambungan antara suku-suku bangunan
Sering menentukan kapasitas beban yang dapat dipikul oleh gelagar pendek
Ukuran ketahanan terhadap pembengkokan, yaitu berhubungan langsung dengan kekakuan gelagar juga suatu faktor untuk kekuatan atau tiang panjang
Sumber: US. Forest Products Laboratory (1974)
xxvii
a. Kayu lebih kuat mendukung gaya tarik sejajar serat daripada tarik menurut arah tegak lurus serat ( Ft // > Ft ).
b. Kayu lebih kuat mendukung gaya desak sejajar serat daripada desak menurut arah tegak lurus serat (Fc // > Fc ).
c. Kayu lebih kuat mendukung gaya tarik daripada gaya desak pada arah sejajar serat (Ft // > Fc // ).
d. Kayu lebih kuat mendukung gaya geser tegak lurus arah serat daripada geser searah arah serat ( Fv > Fv // ).
e. Kayu mempunyai dukungan lentur yang lebih besar daripada dukungan desak.
Adapun sifat-sifat mekanik yang ditinjau dalam penelitian ini, yaitu:
a. Kuat Lentur
Dumanauw (1990), menyebutkan bahwa kuat lentur adalah kekuatan untuk menahan gaya-gaya yang berusaha melengkungkan kayu atau untuk menahan beban-beban mati maupun hidup selain beban pukulan yang harus dipikul oleh kayu tersebut.
Terdapat 2 (dua) macam kekuatan lentur yaitu :
1). Kekuatan lentur statik, yaitu kekuatan kayu menahan gaya yang mengenainya secara perlahan-lahan.
2). Kekuatan lentur pukul, yaitu kekuatan kayu menahan gaya
yang mengenainya
secara mendadak
b. Modulus elastisitas
xxviii
fleksibel (Awaludin, Ali, Irawati, Inggar Septhia, 2005). Kurva tegangan dan regangan bahan kayu dengan gaya aksial sejajar seratdapat diihat pada Gambar 2.1 berikut.
Tegangan
Batas S ebanding Keruntuhan
R egangan
Gambar 2.1 Kurva tegangan dan regangan bahan kayu dengan gaya aksial sejajar serat ( Edlund, 1995 )
Modulus elastisitas merupakan sifat elastis kayu yang penting
sebagai ukuran ketahanan terhadap perpanjangan apabila kayu
mengalami tarikan, atau pemendekan apabila kayu mengalami
tekanan selama pembebanan berlangsung dengan kecepatan
pembebanan konstan. Dalam hal ini yang menjadi tolak ukur
adalah besaran modulus elastisitas.
2.1.1.3Sifat Kimia Kayu
xxix
Pada umumnya komponen kimia kayu daun lebar dan kayu daun jarum terdiri dari 3 unsur :
1) Unsur karbohidrat terdiri dari selulosa dan hemiselulosa. 2) Unsur non-karbohidrat terdiri dari lignin.
3) Unsur yang diendapkan dalam kayu selama pertumbuhan dinamakan zat ekstraktif.
2.1.2 Mutu Kayu
Berdasarkan Tata Cara Perencanaan Struktur Kayu untuk Bangunan Gedung (SNI Kayu 2002), cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu adalah seperti yang terdapat pada Tabel 2.5 berikut:
Tabel 2.5 Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu
xxx melintang)
Sumber: Tata Cara Perencanaan Struktur Kayu Untuk Bangunan Gedung ( SNI Kayu 2002 )
Berdasarkan penggolongan kelas kuat atau mutu kayu secara masinal ( grading machine ) pada kandungan air standar 15% menurut SNI-3- 2002 dapat dilihat pada Tabel 2.6 berikut :
Tabel 2.6 Nilai kuat acuan (Mpa) berdasarkan atas pemilihan secara masinal pada kadar air 15%
Kode
mutu
Modulus
Elastisitas
Lentur
Ew
Kuat
Lentur
Fb
Kuat tarik
sejajar serat
Ft//
Kuat tekan
sejajar serat
Fc//
Kuat
Geser
Fv
Kuat tekan
Tegak lurus
Serat
Fc
E26 22000 66 60 46 6.6 24
E25 24000 62 58 45 6.5 23
E24 23000 59 56 45 6.4 22
E23 22000 56 53 43 6.2 21
E22 21000 54 50 41 6.1 20
E21 20000 56 47 40 5.9 19
E20 19000 47 44 39 5.8 18
E19 18000 44 42 37 5.6 17
E18 17000 42 39 35 5.4 16
E17 16000 38 36 34 5.4 15
E16 15000 35 33 33 5.2 14
E15 14000 32 31 31 5.1 13
E14 13000 30 28 30 4.9 12
E13 14000 27 25 28 4.8 11
E12 13000 23 22 27 4.6 11
E11 12000 20 19 25 4.5 10
E10 11000 18 17 24 4.3 9
xxxi
Sambungan kayu adalah dua bentang atau lebih yang saling disambung satu sama lain, sehingga menjadi batang kayu yang panjang. Sambungan dapat berupa batang mendatar maupun tegak lurus.
Menurut Benny Puspantoro (2002), untuk mendapatkan sambungan yang kuat dan awet, maka cara mengerjakan sambungan harus memperhatikan hal-hal sebagai berikut :
a. Kayu yang akan disambung harus merupakan pasangan yang pas, artinya tidak boleh terlalu longgar, karena akan mudah lepas atau bergeser, dan juga tidak boleh terlalu kencang atau sempit, karena kalau dipaksakan akan ada bagian yang rusak atau pecah.
b. Cara mengerjakan sambungan kayu tidak boleh sampai merusak kayu, misal: tidak boleh dipukul secara langsung tetapi diberi bantalan pelindung, salah gergaji akan mengurangi luas penampang kayu.
c. Sebelum kedua kayu yang akan disambung disatukan, lebih dahulu bidang-bidang sambungannya diberi cairan pengawet agar tidak mudah lapuk, karena biasanya daerah sambungan mudah dimasuki air dan air yang tertinggal akan menyebabkan pelapukan.
d. Sambungan kayu diusahakan agar terlihat dari luar, untuk memudahkan kontrol dan perbaikan.
Sambungan kayu juga mengalami suatu gaya, maka bentuk sambungan biasanya disesuaikan dengan gaya yang akan dialami oleh sambungan tersebut. Gaya-gaya yang harus diperhatikan adalah sebagai berikut:
a. Gaya tarik
Bila yang bekerja gaya tarik maka sambungan kedua batang kayu tersebut harus saling mengait agar tidak mudah lepas (misal pada sambungan miring berkait atau ekor burung ).
b. Gaya desak
xxxii
Bila ada gaya puntir maka sambungan kedua batang harus saling mencengkeram agar tidak mudah terjungkit lepas ( misal pakai sambungan takikan lurus rangkap untuk tiang, sambungan purus dan lobang untuk sambungan sudut ).
d. Gaya lintang dan monen
Gaya lintang menyebabkan sambungan akan saling bergeser, momen akan menyebabkan suatu lenturan, maka sambungan harus kuat dan halus (misal pakai sambungan pengunci).
2.1.4. Macam Penggunaan Kayu
Penggunaan kayu untuk suatu tujuan pemakaian tertentu tergantung dari sifat-sifat kayu yang bersangkutan dan persyaratan teknis yang diperlukan. Jenis-jenis kayu yang mempunyai persyaratan untuk tujuan pemakaian tertentu antara lain dapat dikemukan sebagai berikut :
a. Bangunan (konstruksi)
Persyaratan teknis : kuat, keras, berukuran besar dan mempunyai keawetan alam yang tinggi.
Jenis kayu : balau, bangkirai, belangeran, cengal, giam, jati, kapur, kempas, keruing, lara, rasamala.
b. Veneer biasa
Persyaratan teknis : kayu bulat berdiameter besar, bulat, bebas cacat dan beratnya sedang.
Jenis kayu : meranti merah, meranti putih, nyatoh, ramin, agathis, benuang. c. Industri kertas
Persyaratan teknis : lunak, mudah dikerjakan.
Jenis kayu : bambu, cemara, firs, pinus dan tumbuhan berdaun jarum lainnya. d. Mebel
xxxiii
Jenis kayu : jati, eboni, mahoni, rengas, ramin, meranti, sonokeling.
2.1.5 Alat Sambung
Alat sambung adalah bahan untuk penyatukan dua buah permukaan bahan dengan ikatan pada permukaan bahan menggunakan bermacam-macam alat sambung. Berdasarakan jenisnya alat penyambung dapat digolongkan sebagai berikut :
a. Perekat :
1) Perekat alam, contoh perekat alam seperti:glutin dan gassein. 2) Perekat sintesis terdiri dari :
a) PVA-resinoid dispersion atau lem putih.
b) Perekat kondensasi, terdiri dari cairan dan zat pengeras 3) Epoxy –Resin
4) Perekat kontak
5) Perekat Termoplastis, yaitu : Cellulose Adhesive, Acrylie Resin Adhesive, Polyvinyl Adhesive.
6) Perekat Termosetting, yaitu Urea Formaldehyde Resin, Phenolic Resin, Resorsiol Resin.
b. Sambungan paku, keuntungan paku sebagai alat sambung : 1). Efisiensi sambunganya cukup besar.
2). Perlemahan kayu akibat sambungan relatif kecil. 3). Cepat dalam perkerjaan.
4). Tidak membutuhkan tenaga ahli. 5). Harga paku relatif murah. c. Sambungan baut
Baut banyak dipakai sebab mudah dalam pelaksanaanya, tersedia banyak ukuran, mudah didapat, dan dapat dibongkar pasang. Kelemahan baut adalah efisiensinya rendah dan deformasi besar.
xxxiv
sejenisnya seperti ”gang nail” oleh J. Celvit Juriet pada tahun 1955, dan dipatenkan pertama kali pada tahun 1959. Dipasaran saat ini beredar plat baja konektor yang diproduksi oleh pryda Australia yaitu pryda nailplate, yang merupakan pelat baja galvanis berpaku dan bergerigi. Ada dua jenis plat ini yaitu nail on plate ( yang pemasanganya cukup dipaku ), dan claw nailplate
(yang pemasanganya dengan cara memberikan tekanan pada pelat baja tersebut hingga gerigi terbenam secara merata pada kedua permukaan kayu yang disambung, yaitu dengan menggunakan mesin press khusus).
2.1.6 Pengertian Plat Pryda
Pryda didirikan pada tahun1964 di Australia, Pryda Australia merupakan publik yang bergerak dalam rekayaasa pembuatan dan penggunaan alat sambung kayu yang terbuat dari logam dengan fokus penggunaannya pada bangunan prefabrikasi serta keperluan industri yang lain. Salah satu inovasi hasil produksinya adalah
claw nail plate, yaitu lempengan pelat baja dimana gerigi sebagai pengikatnya.
Dalam Pryda Training Manual (2008), ukuran pryda claw nailplate untuk sambungan batang kayu lurus tersedia dalam 30 ukuran, yang disajikan dalam bentuk kode angka dan huruf. Misalnya 4C3 ; 4 (empat) menyatakan panjang 4 inch ; C merupakan kode dari claw nailplate ; dan 3 (tiga) menyatakan lebar 3 inch.
Keunggulan dari pelat ini adalah :
a. Tidak mengurangi luasan kayu karena menggunakan gerigi sebagai pengikat, Sehingga perlemahan akibat sambungan relatif kecil, dan dapat diabaikan.
b. Beban pada penampang lebih merata.
c. Mempunyai kekuatan tinggi karena terbuat dari bahan baja.
d. Tahan lama dan tidak memerlukan perawatan khusus.
xxxv
Perekat penol epoxy diproduksi oleh PT. Henkel Indonesien.cimanggis, Depok Indonesia. Penol Epoxy terdiri dari dua macam komponen yaitu komponen perekat (resin) dan komponen pengeras (hardener). Komponen resin adalah cairan bening tidak berbau, lebih cair dibandingakan dengan komponen hardener.
komponen hardener adalah cairan berwarna kuning transparan liat.
Keunggulan dari perekat ini adalah :
a. Lem ini tidak menyusut dan mengisi rongga-rongga pada sambungan (gapfill).
b. Kekuatan bahan ini melebihi dari kekuatan bahan yang menempel.
c. Tahan terhadap air dan beberapa bahan kimia lain seperti alkohol, alkali, asam.
2.1.8 Sambungan Miring ( Scarf Joint )
Sambungan miring (scarf joint) pada umumnya merupakan sambungan yang digunakan untuk balok panjang yang akan menerima gaya lentur.
Menurut Pandhi Cahyadi (2008). Dari hasil pengujian kuat lentur sambungan miring (scarf joint) 1:1, 1:2, 1:4 berturut-turut adalah: 64,138 kg/cm2; 95,843 kg/cm2; 224,027 kg/cm2. dan besarnya modulus elastisitas berturut-turut adalah : 82328.40 kg/cm2; 85957,94 kg/cm2; 86110,23 kg/cm2. Berdasarkan hasil pengujian disimpulkan bahwa sambungan miring 1:4 menjadi alternatif yang lebih baik dibandingkan dengan sambungan miring 1:1, sambungan miring 1:2.
2.1.9 Sambungan Plat
Sambungan balok yang mendukung lenturan dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara:
a. Plat-plat sambung di atas dan bawah
xxxvi b. Plat-plat sambung di samping
Luas penampang plat sambung yang diletakkan di samping harus lebih besar dari luas penampang balok yang disambung. Hal ini dimaksudkan agar plat-plat sambung tersebut mampu memberikan daya dukung momen yang lebih besar daripada momen yang didukung balok di tempat sambungan. Pada balok rangkap tidak diijinkan hanya menggunakan satu plat sambung diantara dua bagian saja.
2.2
LANDASAN TEORI2.2.1 Kriteria Perencanaan Balok
Berdasarkan teori mekanika untuk tegangan geser balok tampang segi empat yang dibebani gaya tranversal statik akan timbul tegangan dan regangan internal. Sebagai bentuk perilaku perlawanan balok (Timoshenko dan Gere,1996).
Untuk mencari besarnya kuat lentur perlu diperhatikan momen yang terjadi pada saat pembebanan. Gambar 2.2 berikut menggambarkan momen yang terjadi pada saat pembebanan.
1/3 L 1/3 L
p/2 p/2
Mmax = 1/6 pl 1/3 L
BMD
SFD
Gambar 2.2. Kondisi pembebanan
xxxvii
h y
b
Gambar 2.3 Distribusi tegangan
Perhitungan kesetimbangan statis balok bertumpu sederhana untuk kondisi pembebanan seperti pada Gambar 2.2 menggunakan Persamaan (2.1) dan (2.2 ) : RA = DA = 1/2P dan RB = DB 1/2P ……….……….…….... (2.1)
Mmaks = 1/6 P.
l
….………..……….……...(2.2)Hubungan tegangan-regangan terhadap perilaku balok yang dibebani beban dengan arah tranversal sumbu longitudinal diperoleh Persamaan (2.3) s/d (2.6) :
I y
M.
……….….(2.3)
y I L
P.1/3 . ………...(2.4)
y L
I P
. 3 / 1
.
………...….……..(2.5)
b I
Q V
. .
………..……….…(2.6)
dengan:
σ = tegangan normal akibat lentur (MPa) M = momen lentur (Nmm)
y = jarak titik tinjau dalam penampang terhadap garis netral tampang (mm) I = momen inersia penampang (1/12 bh3) (mm4)
τ = tegangan geser akibat lentur (MPa)
Q = momen pertama pada kedalaman yang ditinjau terhadap garis netral (mm3) = b . ½ h . ½ y = b ½ h . ¼ h = 1/8 b h2
b = lebar balok (mm)
xxxviii
Panjang kritis balok akan terjadi kegagalan lentur dan geser secara bersamaan pada kondisi pembebanan terpusat dengan jarak 1/3 dari jarak tumpuan, maka perhitungan ditentukan dengan Persamaan 2.7
. 8
. .
6 h
Lcr ………...…....(2.7)
dengan :
Lcr = panjang kritis balok terjadi lentur dan geser (mm)
σ
= tegangan lentur (MPa) h = tinggi balok (mm)τ
= tegangan geser (MPa)2.2.3 Kadar Air
Kadar air kayu adalah banyaknya air yang ada didalam sepotong kayu dinyatakan sebagai prosentase dari berat kayu kering oven. Kadar air dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.8 :
%
100
x
m
d
W d
W g
W
...………....…...(2.8)Dengan:
m = kadar air benda uji (%)
Wg = berat benda uji sebelum dikeringkan (gram)
Wd = berat benda uji setelah kering oven (gram)
2.2.4 Berat Jenis
Berat jenis kayu adalah perbandingan berat kayu terhadap volume air yang sama dengan volume kayu tersebut dengan menggunakan berat kayu kering sebagai dasar. Faktor tempat tumbuh dan iklim, letak geografis dan spesies dapat berpengaruh terhadap berat jenis, demikian pula letak bagian kayunya berpengaruh terhadap berat jenis kayu.
xxxix
Kerapatan adalah perbandingan berat kadar air awal dengan volume. Berdasarkan SNI 3 (2002), kerapatan dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.10.
w
= kerapatan pada benda uji pada kadar air w (g/cm³) mw = berat benda uji pada kadar air w (g)
Vw = volume benda uji pada kadar air w (cm³) 2.2.6 Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas merupakan sifat elastis kayu yang penting sebagai ukuran ketahanan terhadap perpanjangan apabila kayu mengalami tarikan, atau pemendekan apabila kayu mengalami tekanan selama pembebanan berlangsung dengan kecepatan pembebanan konstan. Dalam hal ini yang menjadi tolak ukur adalah besaran modulus elastisitas.
Nilai modulus elastisitas (MOE) terpusat di tengah bentang dapat dihitung dengan Persamaan 2.11.
xl
Gambar 2.4 Pengujian Modulus Elastisitas
Pada Gambar 2.4 terlihat bahwa defleksi maksimum terjadi di tengah bentang dan untuk mencari modulus elastisitas berdasarkan defleksi maksimum, sehingga modulus elastisitas dapat dicari menggunakan Persamaan 2.12.
Modulus Elastisitas (E)
Perhitungan modulus elastisitas juga dapat dilakukan dengan menggunakan rumus estimasi. Perhitungan modulus elastisitas lentur (Ew) dilakukan dengan
xli
2.2.7Lendutan Balok
Pembebanan lateral pada balok mengakibatkan terjadinya lendutan. Besarnya lendutan maksimum yang terjadi akibat pembebanan terpusat dengan jarak 1/3 dari jarak tumpuan, ditinjau dalam Persamaan 2.17.
)
E = modulus elastisitas balok (Mpa) I = momen inersia (mm4)
2.2.8 Kuat Lentur
Dumanauw (1990), menyebutkan bahwa kuat lentur adalah kekuatan untuk menahan gaya-gaya yang berusaha melengkungkan kayu atau untuk menahan beban-beban mati maupun hidup selain beban pukulan yang harus dipikul oleh kayu tersebut. Terdapat 2 (dua) macam kekuatan lentur yaitu :
1. Kekuatan lentur statik, yaitu kekuatan kayu menahan gaya yang mengenainya secara perlahan-lahan.
2. Kekuatan lentur pukul, yaitu kekuatan kayu menahan gaya yang mengenainya secara mendadak.
xlii 2
. . 2
. . 3
t b
L P
MOR mak ...………...(2.18)
untuk kondisi pembebanan terpusat dengan jarak 1/3 dari jarak tumpuan :
2
. . . 3
h b
a p
MOR ...………...…...(2.19) Dengan :
MOR = kuat lentur benda uji (MPa)
Pmak = beban maksimum yang bekerja pada benda uji (N)
L = panjang benda uji (mm) b = lebar benda uji (mm) t = tebal benda uji (mm).
a = jarak tumpuan terhadap baban (mm) h = tinggi balok (mm)
Untuk mencari besarnya kuat lentur perlu diperhatikan momen yang terjadi pada saat pembebanan. Gambar 2.5 berikut menggambarkan bidang geser dan bidang momen yang terjadi pada saat pembebanan.
1/3 L 1/3 L
p/2 p/2
Mmax = 1/6 pl 1/3 L
BMD
SFD
Gambar 2.5 Diagram Bidang Geser dan Bidang Momen
xliii
maksimum, sehingga persamaan yang digunakan adalah Persamaan 2.20 sebagai berikut:
Kuat Lentur ( MOR )
t s
t I
a P qL y I
y
M
8 2
1 .
2
(kg/cm2)...(2.20) Dengan:
P = beban maksimum (kg) a = jarak 1/3 L
M = momen maksimum (kg.cm) It = momen inersia total (cm4)
Ls = jarak tumpuan (cm) y = ordinat titik berat (cm)
q = berat sendiri sampel (kg/cm)
2.2.9 Balok Komposit
Balok komposit adalah balok yang terdiri atas lebih dari satu bahan. Sebagai contoh, balok sandwich yang terdiri atas dua muka tipis dari bahan berkekuatan relatif tinggi yang dipisahkan oleh sebuah inti tebal dari bahan berkekuatan relatif rendah. Karena pada bagian muka mempunyai jarak terbesar dari sumbu netral ( dimana tegangan lentur terbesar ), maka bagian tersebut berfungsi seperti flens
pada balok I. Inti berfungsi sebagai pengisi dan memberikan dukungan pada muka serta menstabilkan terhadap kerut atau tekuk.
Modulus elastisitas bahan yang jauh lebih besar E2 > E1 ( sehingga n>1 ) akan
mempengaruhi momen inersia penampang. Hal ini mengakibatkan penampang pada balok mengalami transformasi yang mana tegangan pada bahan sebanding dengan modulus elastisitasnya, dan dapat diasumsikan bahwa tegangan normal di inti dapat diabaikan sehingga bahan dapat beraksi sebagai kesatuan utuh untuk menahan semua tegangan lentur.
xliv
n I
y M
T
. .
...(2.21)
dengan:
σ = tegangan lentur (MPa) M = momen lentur (Nmm)
y = jarak titik tinjau dalam penampang terhadap garis netral tampang (mm) IT = momen inersia tertransformasi (mm4)
n = rasio modulus elastisitas bahan ( ) 1 2
E E
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Tinjauan Umum
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui sifat kuat lentur sambungan miring
(scarf joint), juga untuk memberikan alternatif terbaik dari tipe sambungan yang diujikan untuk mendapatkan kuat lentur maksimal. Sebagai dasar panjang sambungan yang digunakan dalam penelitian ini adalah penelitian yang sudah pernah dilakukan pada sambungan miring (scarf joint) menggunakan perekat
penol epoxy didapatkan kuat lentur terbesar pada perbandingan 1b : 4h.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental laboratorium. Metode eksperimental laboratorium adalah suatu penelitian yang berusaha untuk mencari pengaruh variabel tertentu terhadap variabel yang lain dalam kondisi terkontrol secara ketat dan dilakukan di laboratorium dengan urutan kegiatan yang sistematis dalam memperoleh data sampai data tersebut berguna sebagai dasar pembuatan keputusan atau kesimpulan.
xlv
sedangkan variabel bebasnya adalah varasi jumlah alat sambung pada sambungan miring (scarf joint) dan perekat.
3.2. Bahan Penelitian
3.2.1. Kayu
Kayu yang digunakan adalah kayu kruing. Kayu kruing sangatlah mudah didapatkan dan relatif murah harganya dibandingkan dengan bahan bangunan lain. Selain itu kayu kruing mempunyai berat jenis yang ringan dan proses pengerjaannya dapat dilakukan dengan mudah dan peralatan yang sederhana. Kayu kruing yang digunakan sebagai benda uji penelitian berukuran 6/10 x 220 cm, dengan jarak antar tumpuan 200 cm.
3.2.2. Plat Pryda
Jenis pryda yang digunakan adalah pryda jenis claw nailplate dengan tipe 6C2, dengan panjang 15,42 cm, tebal 0,1 cm dan lebar 5,14 cm. Jenis pryda ini terdiri plat dengan gerigi sebagai pengikat pada batang kayu, sehingga kayu dapat tersambung dan terikat kuat satu dengan yang lainya, sehingga mampu menahan gaya tarik dan gaya tekan.
3.2.3. Perekat
Bahan perekat yang digunakan jenis perekat termosetting yang dapat mengeras pada suhu kamar, yaitu penol epoxy. Penol epoxy terdiri dari dua macam komponen yaitu komponen perekat (resin) dan komponen pengeras (hardener). Komponen resin adalah cairan bening tidak berbau, lebih cair dibandingkan dengan komponen hardener, komponen hardener adalah cairan berwarna kuning transparan liat.
3.3. Langkah Penyambungan
xlvi
epoxy secara merata. Permukaan kayu yang akan disambung dengan pryda claw nailplate diberi pengikat menggunakan strapless kayu. Kayu yang telah diikat harus rapat dan lurus agar pembebanan dapat merata dan tidak mengalami kerusakan. Pemasangan plat pryda claw nailplate dengan cara memberikan tekanan pada pelat baja tersebut hingga gerigi terbenam secara merata pada kedua permukaan kayu yang disambung, yaitu dengan menggunakan mesin tekan (press)
khusus.
3.4 Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu: peralatan pembuatan benda uji dan peralatan pengujian sifat fisika dan mekanika balok.
3.4.1. Peralatan Pembuatan Benda Uji
a. Mesin gergaji (circular panel saw), digunakan untuk membelah dan memotong bahan baku sesuai dengan ukuran yang direncanakan.
b. Gergaji, digunakan untuk pembuatan sambungan miring (scarf joint). c. Meteran, digunakan untuk mengukur panjang, lebar dan tinggi bahan baku. d. Alat-alat kelengkapan untuk pembuatan sambungan balok adalah:
siku-siku besi, busur, spidol, pahat, ketam dan kikir.
3.4.2. Peralatan Pengujian Sifat Fisika dan Mekanika Balok
a. Timbangan elektric
xlvii
Gambar 3.1 Timbangan elektric dengan ketelitian 1 gram
b. Oven
Oven adalah alat yang digunakan untuk mengeringkan suatu benda. Alat ini digunakan pada saat pengujian kadar air. Pengeringan kayu dilakukan dengan tujuan untuk mencari berat kering. Pengeringan benda uji dihentikan setelah didapatkan berat benda uji stabil. Oven yang digunakan dalam penelitian ini memiliki kapasitas suhu hingga 200οC. Oven dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Oven dengan kapasitas suhu 200οC
c. Univesal Testing Machine (UTM)
xlviii
Gambar 3.3 Universal Testing Machine (UTM)
3.4.3 Peralatan Pengujian untuk Balok Sambungan
a. Loading Frame dan Hydraulic Jack
Loading frame digunakan untuk menguji kuat lentur benda uji. Alat ini berupa portal segi empat yang terbuat dari baja dengan balok portal, dapat diatur ketinggiannya dan berdiri di atas lantai. Loading Frame terdapat tempat kedudukan pengujian sambungan balok scarf joint dengan tumpuan sendi-rol.
Hydraulik jack merupakan alat yang memberikan beban pada benda uji Kapasitas maksimal hidraulic jack adalah 25 ton. Loading frame dan
hydraulic jack dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Loading Frame dan Hydraulic Jack
b. Hydraulic Pump
xlix
Gambar 3.5 Hydraulic Pump
c. Load cell
Load cell digunakan untuk mengetahui interval penambahan beban yang diberikan pada benda uji. Alat ini dihubungkan dengan Transducer untuk membaca penambahan beban yang terjadi. Kapasitas alat ini adalah 50 ton.
Load cell dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Load cell
d. Transducer
Transducer digunakan untuk membaca secara digital data interval penambahan beban yang diterima load cell. Untuk mendapatkan data penambahan beban secara digital alat ini dihubungkan dengan load cell.
Besarnya interval penambahan beban dapat diatur sesuai kebutuhan.
l
Gambar 3.7 Transducer
e. Dial Gauge
Dial Gauge adalah alat yang digunakan untuk mengukur besarnya lendutan yang terjadi. Alat ini memiliki kapasitas maksimal 20 mm dengan ketelitian 0,01 mm. Dial gauge dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Dial Gauge
3.5. Benda Uji
3.5.1. Benda Uji Pendahuluan
li Tabel 3.1. Benda Uji Pendahuluan
No Jenis pengujian Jumlah
1 Kerapatan dan Kadar air 3
2 Kuat Geser 3
3 Kuat Tekan Sejajar Serat 3
4 Kuat Lentur (MOR) dan Modulus Elastisitas (MOE) 3
Jumlah 12
3.5.2. Benda Uji Balok Kayu
Benda uji yang digunakan berupa balok kayu dengan jumlah 12 buah, dengan klasifikasi benda uji sebagai berikut:
a. 3 buah untuk balok kayu utuh tanpa sambungan.
b. 3 buah untuk balok kayu variasi 1 yaitu dengan memasang plat claw nailplatetipe 6C2 pada sisi samping kiri dan kanan batang kayu.
c. 3 buah untuk balok kayu variasi 2 yaitu dengan memasang plat claw nailplate tipe 6C2 pada samping sisi kiri, dan sisi kanan batang kayu, dengan penambahan plat claw nailplate tipe 6C2 yang dipasang pada sisi bawah batang kayu.
d. 3 buah untuk balok kayu variasi 3 yaitu dengan memasang plat claw
nailplate tipe 6C2 pada sisi samping kiri, kanan, dengan penambahan plat
claw nailplate tipe 6C2 yang dipasang pada sisi bawah dan sisi atas batang kayu.
Penamaan-penamaan dan kode balok dan jumlah benda uji kuat lentur dapat dilihat pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2. Jumlah benda uji balok
Jenis Balok Kode
Benda Uji
Dimensi cm
Jumlah Benda Uji
Balok tanpa sambungan BTS 6 x 10 3
Balok scarf joint 1 SJ 1 6 x 10 3
Balok scarf joint 2 SJ 2 6 x 10 3
lii Keterangan :
BTS : Balok utuh tanpa sambungan
SJ 1 : Sambungan miring (scarf joint) dengan pemasangan pryda claw nail plate pada kedua sisi tinggi kayu.
SJ 2 : Sambungan miring (scarf joint) dengan pemasangan pryda claw nail plate pada kedua sisi tinggi kayu dan satu sisi lebar.
SJ 3 : Sambungan miring (scarf joint) dengan pemasangan pryda claw nail plate pada kedua sisi tinggi kayu dan kedua sisi lebar. Sketsa alat sambung
15,42 cm
5,14 cm
Plat pryda jenis clawnail plate dengan tipe 6C2, dengan panjang 15,42 cm, dan lebar 5,14 cm, tebal 0,1 cm.
Gambar 3.9 Sketsa dimensi benda uji pengujian kuat lentur Keterangan :
Balok Utuh : Balok utuh tanpa sambungan
Variasi 1 : Sambungan miring (scarf joint) dengan pemasangan pryda claw nail plate pada kedua sisi tinggi kayu.
Variasi 2 : Sambungan miring (scarf joint) dengan pemasangan pryda claw
BALOK UTUH
VARIASI 1
b = 6 cm 10
b = 6 cm 10
b = 6 cm 10
b = 6 cm 10
VARIASI 2
VARIASI 3
4 h
4 h
liii
nail plate pada kedua sisi tinggi kayu dan satu sisi lebar.
Variasi 3 : Sambungan miring (scarf joint) dengan pemasangan pryda claw nail plate pada kedua sisi tinggi kayu dan kedua sisi lebar.
Gambar 3.10 Benda uji pengujian kuat lentur
3.6 Tahapan Metodologi Penelitian
Tahapan metodologi penelitian merupakan urutan-urutan kegiatan yang dilaksanakan secara sistematis, logis dengan mempergunakan alat bantu ilmiah yang bertujuan untuk memperoleh kebenaran suatu objek permasalahan.
Secara garis besar pelaksanaan penelitian dengan tahap-tahap sebagai berikut: a. Tahap 1 : Tahap persiapan awal
b. Tahap 2 : Tahap pemilihan bahan dan peralatan c. Tahap 3 : Tahap uji pendahuluan
d. Tahap 4 : Tahap pembuatan benda uji kayu
e. Tahap 5 : Tahap pengeringan benda uji sambungan miring f. Tahap 6 : Tahap pengujian
g. Tahap 7 : Tahap analisis pengujian
3.6.1 Tahap Persiapan Awal
liv 3.6.2 Tahap Pemilihan Bahan dan Peralatan
Bahan utama penelitian ini adalah balok kayu kruing yang telah dipilih batang yang lurus, tidak mempunyai cacat fisik dan tidak mempunyai mata kayu dengan ukuran yang disyaratkan dan plat pryda jenis claw nailplate dengan tipe 6C2, dengan panjang 15,42 cm, tebal 0,1 cm dan lebar 5,14 cm serta perekat penol epoxy. Peralatan yang digunakan adalah gergaji, serut kayu, meteran, mistar siku, palu, serta pensil atau spidol.
3.6.3 Tahap Uji Pendahuluan
Tahap uji pendahuluan meliputi kadar air, uji lentur, uji geser yang dilakukan di Laboratorium UNS. Tujuan dari tahap ini adalah untuk menentukan panjang benda uji kayu Lcr.
3.6.4 Tahap Pembuatan Benda Uji Kayu Kruing
lv
Gambar 3.11 Gambar Benda Uji
3.6.5 Tahap Pemeriksaan Kadar Air dan Berat Jenis Sebelum Pengujian
Kayu kruing yang telah dipilih kemudian dikeringkan dengan cara diangin-anginkan selama kurang lebih dua minggu agar diperoleh kayu kruing yang kering udara. Pengeringan dilakukan dibawah atap dimana angin bisa berhembus dengan bebas, karena apabila dikeringkan di bawah sinar matahari akan menyebabkan kayu pecah-pecah dan melengkung.
Banyaknya kandungan air pada kayu bervariasi tergantung dari suhu dan kelembaban udara disekitarnya dan tergantung dari jenis kayu. Kadar air besarnya bervariasi menurut jenis kayu dan perbedaan umur kayu. Kayu dari mulai ditebang sampai siap dibuat produk akan mengalami penurunan kadar air.
Kayu kruing yang telah mencapai kering udara diperiksa kadar airnya di Laboratorium Bahan Struktur Fakultas Teknik UNS agar memenuhi syarat kadar lengas antara 12 % - 18 % atau rata-rata 15 %. Setelah kayu kruing tersebut memenuhi syarat maka kayu kruing dapat dibuat benda uji.
Untuk mengetahui kadar air dan berat jenis kayu sebelum pengujian dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:
lvi
b. Potongan kayu terebut kemudian dihitung volumenya dan ditimbang sehingga didapatkan berat awal (Wg).
c. Potongan kayu dikeringkan dalam oven selama 24 jam dengan suhu 105 oC. d. Setelah 24 jam potongan kayu diambil dan ditimbang beratnya, didapat berat
kayu setelah kering oven (Wd).
e. Kadar air dan berat jenis dihitung dengan Persamaan 2.8 dan Persamaan 2.9:
Kadar air m
x100%W W Wg
d d
...(2.8)
Dengan: m = kadar air (%)
Wg = berat benda uji sebelum dikeringkan (gram)
Wd = berat benda uji setelah kering oven (gram)
Berat jenis (Gm) =
) 100 / 1 ( 1000 m
...(2.9)
Dimana :
g g
V W
Dengan: = kerapatan kayu (kg/m3) Wg = berat kayu basah (kg)
Vg = volume kayu basah (cm3)
m = kadar air sampel (%)
Pengujian kadar air kayu dilakukan dengan menggunakan oven, jangka sorong dan timbangan. Benda uji kadar air dapat dilihat pada Gambar 3.12.
2 0 m m
20m m
2 0±5 m m
lvii
Peralatan yang digunakan dalam pengujian ini adalah Loading Frame beserta perlengkapannya untuk mengetahui adanya lentur pada balok yang terjadi akibat adanya beban luar. Beban luar tersebut mengakibatkan balok mengalami deformasi dan regangan sehingga menimbulkan retak lentur di sepanjang bentang balok, pada pengujian lentur kayu kruing ini pembebanan yang dilaksanakan merupakan pembebanan bertahap. Pengujian balok dilakukan pada tumpuan sederhana sendi-rol dengan 2 titik pembebanan pada jarak sepertiga bentang bebas. Diagram pembebanan pada pengujian kuat lentur dapat lihat pada Gambar 3.13.
1/3 L
1/3 L
p/2
p/2
Mmax = 1/6 pl
1/3 L
BMD
SFD
Gambar 3.13 Diagram Bidang Momen dan Bidang Geser
lviii
Modulus Elastisitas (MOE)
Pembebanan yang dilakukan merupakan pembebanan yang bertahap untuk mengetahui kuat lentur yang maksimum dari beberapa alternatif perbandingan sambungan miring ( scarf joint).
Tahapan pengujian kuat lentur dan modulus elastisitas adalah sebagai berikut: a. Setting alat, meliputi:
1) Menyiapkan alat-alat pengujian yang terdiri atas dial gauge, load cell,
transducer dan hydraulic jack.
2) Memasang benda uji kayu pada loading frame.
3) Memasang alat-alat pengujian dengan langkah sebagai berikut:
a) Memasang hydraulic jack pada loading frame, dipastikan stabil dan tidak bergoyang
