ANALISA DAN EKSPERIMEN KOLOM KAYU GANDA TERHADAP SUMBU BAHAN SERTA SUMBU BEBAS BAHAN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
AFRISSA ISTY FADILLAH
10 0404 136
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ANALISA DAN EKSPERIMENKOLOM KAYU GANDA TERHADAP SUMBU BAHAN DAN SUMBU BEBAS BAHAN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
ANALISA DAN EKSPERIMEN KOLOM KAYU GANDA TERHADAP SUMBU BAHAN DAN SUMBU BEBAS BAHAN
ABSTRAK
Kayu merupakan bahan konstruksi ringan yang banyak digunakan. Salah satu konstruksi berbahan kayu yang sering digunakan adalah kolom. Penelitian ini menggunakan benda uji berupa kolom kayu ganda dengan sambungan klos dan baut. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan gambaran uji tekuk serta pengaruhnya terhadap sumbu bahan dan bebas bahan.
Kolom ganda direncanakan memiliki dimensi kayu utama 2 x (2,5 x 5 x 200) cm dengan 3 (tiga) variasi jumlah klos dan menggunakan baut berdiameter
½“. Kolom ganda I memiliki 3 (tiga) buah klos dengan dimensi 2,5 x 5 x 15 cm.
Kolom ganda II dan III memiliki 4 (empat) dan 5 (lima) buah klos dengan dimensi 5 x 5 x 15 cm. Kolom ganda memiliki perletakan sendi – sendi dan diberikan
bahannya saja. Kolom ganda II mengalami tekuk pada sumbu bebas bahan diikuti sumbu bahan dengan keruntuhan pada sumbu bebas bahan. Kolom ganda III mengalami tekuk seperti kolom ganda II, namun keruntuhan terjadi pada sumbu bahan. Penambahan jumlah klos dapat memperkecil jarak antar klos sehingga sumbu bahan menjadi lebih mudah mengalami tekuk. Keruntuhan atau patah terjadi pada batang kayu utama. Daerah sambungan tidak mengalami patah sehingga dapat dikatakan aman.
Kata kunci: sumbu bahan, sumbu bebas bahan, klos, baut, tekuk kolom, kayu
ANALYSIS AND EXPERIMENTAL OF DOUBLE TIMBER COLUMNS ON
THE MATERIAL AXIS AND THE FREE-MATERIAL AXIS
ABSTRACT
Wood is lightweight construction materials are widely used. One of constructions made of wood that is often used is the column. The research used the double timber columns that are connected by spacer blocks and bolts. The purpose of this research was to obtain an overview bending test and its influence on the material axis and the free-material axis.
The double columns was planned 2 x (2,5 x 5 x 200) cms of major timber
dimensions which had 3 (three) variations of spacer blocks and used bolts ½” in
diameter. The double columns I had 3 (three) 2,5 x 5 x 15 cms spacer blocks. The double columns II and III had 4 (four) and 5 (five) 5 x 5 x 15 cms spacer blocks. It had hinge joint and axial loading was provided.
The results was obtained theoretically for the double columns I are Pelastic
= 540,684 kgs and = 93,425 kgs/cms2; Pcr = 1416,593 kgs and =
. The double columns I only had buckled on the material axis. The double columns II had buckled on the material axis, then followed by the material axis, which had fracture on the free-material axis. The double columns III was same as the double columns II, but it had fracture on the material axis. Increasing the number of spacer blocks can minimize the distance between them, so that the material axis can be more easily buckled. The fracture occurred on the major timber. The areas of the connector did not have any fractures so it can be said safely.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas rahmat dan
hidayah-Nya sehingga penulis dapatmenyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam
bagi Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan teladannya dalam menjalankan
aktifitas sehari-hari, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir yang berjudul “Analisa dan Eksperimen Kolom
Kayu Ganda Terhadap Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan”ini dimaksudkanuntuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana
Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera
Utara.
Dengan rendah hati penulis mohon maaf jika dalam penulisan tugas akhir
ini masih terdapat kekurangan dalam penulisan maupun perhitungan. Penulis juga
sangat mengharapkan saran dan kritik dari para pembaca dalam penyempurnaan
tugas akhir ini.
Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya
kepada :
1. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah
sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada penulis
untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing.Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik
3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, dan Bapak M. Agung Putra Handana, ST, MT,
selaku Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ilmunya kepada
Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Kepada pegawai administrasi dan pegawai-pegawai Departemen Teknik
Sipil USU lainnya, terkhusus Mas Bandi yang telah banyak membantu
penulis dalam mempersiapkan benda uji.
7. Kepada pegawai dan asisten Laboratorium Departemen Teknik Mesin
Politeknik Medan.
8. Orang tua penulis, Bapak Amir Fadillah dan Ibu Nurhayati RY yang selalu
memberikan doa, kasih sayang, dukungan dan materi yang tiada hentinya
sehingga penulis terus termotivasi untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Kedua adik penulis, Aldian Muarrief Fadillah dan Astrid Aqilla Fadillah
yang terus memberikan dukungan dan hiburan bagi penulis.
10.Seluruh angkatan 2010, khususnya Eka Pane, Funny Siregar, Boris
Aruan, Zefa Hutasoit, Henry Hulu, Cila Sembiring, Cece Nasution, Bilher
Sihombing, Festus Simbolon, Putra Munthe, Reby dan lain-lain yang
tidak bisa penulis sebutkan satu-satu.
Steven Rajagukguk dan Ricky Simatupang yang telah banyak membantu
penulis dalam pengadaan alat dan pelaksanaan uji laboratorium.
12.Abang/ kakak angkatan 2007 (khususnya kak Ade Pradipta Putri),
angkatan 2008 (bang M. Hafiz, Arthur Bangun, Hary Yusuf, Samuel
Pakpahan, Michael Sinaga, Topan, Ibnu, Ozie, Rumanto, kak Rama
Pasaribu), angkatan 2009 (bang Ihsanuddin, Irwan dan Rahman).
13.Adik-adik angkatan 2011 dan angkatan 2013 (Agung, Ivan, Rijal, Alfred,
dkk ).
14.Penghuni kost dr. Sumarsono 19, Ririn,Winda, Riri, Yuli dan Eka yang
telah memberikan dukungan kepada penulis.
15.Seluruh pihak yang telah mendukung dan membantu penulis dari segi
apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari
Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan – rekan mahasiswa demi penyempurnaan
Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Penulis berharap semoga
laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Januari 2015
Penulis
Afrissa Isty Fadillah
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan ... ii
Kata Pengantar ... iii
Abstrak ... vi
Abstract ... vii
Daftar Isi ... viii
Daftar Tabel ... xii
Daftar Gambar ... xv
Daftar Notasi ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 3
1.3. Perumusan Masalah ... 4
1.4. Metode Penelitian ... 4
1.5. Batasan Masalah ... 5
1.6. Mekanisme Pengujian ... 6
1.7. Sistematika Penulisan ... 8
BAB II STUDI PUSTAKA ... 9
2.1.1. Sifat Utama Kayu ... 10
2.1.2. Sifat Fisis Kayu ... 11
2.1.2.1. Kandungan Air ... 11
2.1.2.2. Kepadatan ... 12
2.1.2.3. Berat Jenis ... 12
2.1.3. Sifat Mekanis Kayu ... 13
2.1.3.1. Kuat Lentur ... 13
2.1.3.2. Kuat Geser ... 14
2.1.3.3. Kuat Tekan ... 15
2.1.3.4. Kuat Tarik ... 17
2.1.4. Tegangan Bahan Kayu ... 18
2.1.5. Sistem Pemilahan (Grading) ... 19
2.1.5.1. Sistem Pemilahan secara Mekanis ... 19
2.1.5.2. Sistem Pemilahan Observasi Visual ... 21
2.2. Teori Euler dan Tetmayer ... 24
2.3. Kolom ... 27
2.3.1. Klasifikasi Jenis Kolom ... 28
2.3.2. Prinsip Desain Kolom ... 31
2.3.3. Stabilitas Struktur Kolom ... 33
2.3.3.1. Kesetimbangan Stabil ... 34
2.3.3.2. Kesetimbangan Netral ... 34
2.3.3.3. Kesetimbangan Tidak Stabil... 35
2.3.4. Tekuk Kolom ... 36
2.4.1. Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan ... 40
2.5. Alat Sambung Kayu ... 44
2.6. Baut ... 45
2.6.1. Tahanan Lateral Acuan ... 46
2.6.2. Kuat Tumpu Kayu ... 48
2.6.3. Geometri Sambungan Baut... 50
2.6.4. Faktor Koreksi Sambungan Baut... 52
2.6.4.1. Faktor Aksi Kelompok ... 53
2.6.4.2. Faktor Koreksi Geometrik ... 55
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 57
3.1.Persiapan dan Pelaksanaan Pengujian ... 57
3.1.1. Persiapan Pengujian ... 57
3.1.2. Pelaksanaan Pengujian ... 57
3.1.2.1. Pemeriksaan Kadar Air ... 57
3.1.2.2. Pemeriksaan Berat Jenis ... 58
3.1.2.3. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ... 59
3.1.2.4. Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ... 61
3.1.2.5. Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas ... 62
3.1.2.6. Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ... 63
3.2. Rangka Dudukan Benda Uji ... 64
3.3. Alat Pembebanan Gaya Tekan ... 65
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN ... 70
4.1.Hasil Penelitian ... 70
4.1.1. Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu ... 70
4.1.1.1. Hasil Pengujian Kadar Air... 70
4.1.1.2. Hasil Pengujian Berat Jenis ... 71
4.1.1.3. Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat... 73
4.1.1.4. Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ... 75
4.1.1.5. Hasil Pengujian Elastisitas ... 76
4.1.1.6. Hasil Pengujian Kuat Lentur ... 84
4.1.1.7. Hasil Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ... 84
4.1.2.Kesimpulan Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties ... 85
4.2. Perencanaan Batang Ganda Dengan Klos dan Baut Berdasarkan Kuat Lentur ... 87
4.2.Pengujian Tekuk Batang Ganda ... 105
4.3.Perbandingan Hasil Pengujian Laboratorium dengan Analisis Perhitungan ... 112
4.4.Pembahasan Hasil Pengujian ... 121
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 125
5.1.Kesimpulan ... 125
5.2.Saran ... 128
Daftar Pustaka ... xx
DAFTAR TABEL
BAB I
Tidak terdapat tabel
BAB II
Tabel 2.1. Nilai Kuat Acuan (Mpa) Berdasarkan Pemilahan Secara Mekanis
Pada Kadar Air 15% (PKKI NI - 5 2002) ... 20
Tabel 2.2. Nilai Rasio Tahanan (PKKI NI – 5 2002) ... 23
Tabel 2.3. Cacat Maksimum Untuk Setiap Kelas Mutu Kayu (PKKI NI – 5
2002) ... 23
Tabel 2.4. Konstanta Klos Tumpuan (PKKI NI – 5 2002) ... 40 Tabel 2.5. Harga Faktor Koreksi f (E. Kosasih Danasasmita) ... 43
Tabel 2.6. Tahanan Lateral Acuan Baut Atau Pasak (Z) untuk Satu Alat
Pengencang dengan Satu Irisan Yang Menyambung Dua Komponen
(PKKI NI - 5 2002) ... 46
Tabel 2.7. Tahanan Lateral Acuan Baut Atau Pasak (Z) untuk Satu Alat
Pengencang dengan Dua Irisan Yang Menyambung Tiga Komponen
(PKKI NI - 5 2002) ... 47
Tabel 2.8(a). Kuat Tumpu Kayu (Fe) dalam N/Mm2untuk Baut ½“ (Ali Awaludin,
2005) ... 49
Tabel 2.8(b). Kuat Tumpu Kayu (Fe) dalam N/Mm2untuk Baut 5/8“ (Ali
Awaludin, 2005) ... 49
Tabel 2.9. Jarak Tepi, Jarak Ujung dan Persyaratan Spasi untuk Sambungan
dengan Baut (PKKI NI - 5 2002) ... 51
Tabel 2.10. National Design and Specification U.S (Ali Awaludin, 2005) ... 55
BAB III Tidak terdapat tabel BAB IV Tabel 4.1. Hasil Pengujian Kadar Air ... 70
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Berat Jenis ... 72
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ... 74
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ... 75
Tabel 4.5. Hasil Pengujian Elastisitas ... 76
Tabel 4.6. Tabulasi Perhitungan Tegangan dan Regangan Sampel 1 ... 77
Tabel 4.7. Tabulasi Perhitungan Tegangan dan Regangan Sampel 2 ... 79
Tabel 4.8. Tabulasi Perhitungan Tegangan dan Regangan Sampel 3 ... 81
Tabel 4.9. Hasil Regresi Ketiga Sampel ... 83
Tabel 4.10. Hasil Pemeriksaan Kuat Geser Sejajar Serat ... 85
Tabel 4.11. Rangkuman Pengujian Mechanical Properties (PKKI NI -5 2002) . 86 Tabel 4.12. Rangkuman Pengujian Mechanical Properties (SNI -5 2002) ... 87
Tabel 4.13. Hasil Pengujian Tekuk Kolom Ganda ………... 106
Tabel 4.14. Hasil Perbandingan Nilai Pelastis Analitis dan Laboratorium ... 123
Tabel 4.15. Hasil Perbandingan Nilai Pkritis Analitis dan Laboratorium ... 123
BAB V
DAFTAR GAMBAR
BAB I
Gambar 1.1. Jenis Tekuk Kolom Euler ... 3
Gambar 1.2. Potongan Melintang Posisi Perletakan Kolom Kayu ... 7
Gambar 1.3. Model Pengujian dan Benda Uji ... 7
BAB II Gambar 2.1. Batang Kayu yang Menerima Beban Lentur ... 14
Gambar 2.2. Batang Kayu yang Menerima Gaya Geser ... 15
Gambar 2.3. Batang Kayu yang Menerima Gaya Tekan Sejajar Serat ... 16
Gambar 2.4. Batang Kayu yang Menerima Gaya Tekan Tegak Lurus Serat 16 Gambar 2.5. Batang Kayu yang Menerima Gaya Tarik ... 17
Gambar 2.6. Kolom Euler ... 24
Gambar 2.7. Jenis Kolom Berdasarkan Bentuk dan Susunan Tulangan ... 29
Gambar 2.8. Jenis Kolom Berdasarkan Posisi Beban pada Penampang ... 30
Gambar 2.9. Kondisi Perletakkan Kolom ... 33
Gambar 2.10(a). Kesetimbangan Stabil ... 34
Gambar 2.10(b). Kesetimbangan Netral ... 34
Gambar 2.10(c). Kesetimbangan Tidak Stabil ... 35
Gambar 2.11. Kolom Berspasi ... 38
Gambar 2.12. Jarak Antar Baut ... 39
Gambar 2.13. Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan ... 40
Gambar 2.15. Bentuk – bentuk baut (ASCE, 1997) ... 46
Gambar 2.16. Geometrik Sambungan Baut Horizontal ... 52
Gambar 2.17. Geometrik Sambungan Baut Vertikal ... 52
BAB III Gambar 3.1 Sampel Pemeriksaan Kadar Air ... 58
Gambar 3.2. Sampel Pemeriksaan Berat Jenis ... 59
Gambar 3.3. Sampel Pengujian Kuat Tekan dan Sejajar Serat ... 60
Gambar 3.4. Sampel Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ... 61
Gambar 3.5. Sampel Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas ... 62
Gambar 3.6. Kuat Geser Sejajar Serat ... 63
Gambar 3.7. Penampang Kolom Persegi Berspasidengan Arah Tekuk yang Dikehendaki pada Sumbu Bahan ... 66
Gambar 3.8. Penampang Kolom Persegi Berspasidengan Arah Tekuk yang Dikehendaki pada Sumbu Bebas Bahan Bahan ... 66
Gambar 3.9. Benda Uji dengan 3 (Tiga) Variasi Klos ... 67
Gambar 3.10. Tampak Atas Benda Uji ... 69
BAB IV Gambar 4.1. Grafik Tegangan–Regangan Hasil Pengujian Elastisitas Kayu Sampel 1 ... 78
Gambar 4.4. Grafik Regresi Linear Tegangan-Regangan Kayu Sampel 2 . 80
Gambar 4.5. Grafik Tegangan-Regangan Hasil Pengujian Elastisitas Kayu
Sampel 3 ... 82
Gambar 4.6. Grafik Regresi Linear Tegangan-Regangan Kayu Sampel 3 . 82
Gambar 4.7. Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda
I (Laboratorium) ... 107
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda
I (Analitis) ... 107
Gambar 4.9. Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda
II (Laboratorium) ... 108
Gambar 4.10. Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda
II (Analitis) ... 108
Gambar 4.11. Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda
III (Laoratorium) ... 109
Gambar 4.12. Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda
III (Analitis) ... 109
BAB V
DAFTAR NOTASI
A Luas penampang kayu (m2)
b lebar penampang bahan
h Tinggi penampang bahan
BJ Berat jenis kayu (gr/cm3)
D Diameter baut
E Modulus elastisitas bahan (kg/cm2)
Ew Modulus elastisitas lentur
Fc Tegangan tekan izin
Fem// Kuat tumpu kayu utama sejajar serat
Fes// Kuar tumpu kayu samping sejajar serat
Fyb Kuat lentur baut (N/mm2)
G Berat jenis kayu pada kadar air 15%
I Momen inersia (cm4)
I Momen inersia yang diperhitungkan
Ig Momen inersia geser
KS Konstanta klos tumpuan (MPa)
L Panjang bentang
m Kadar air kayu (%)
P Gaya luar
Pcr Beban tekuk
Vx Volume sampel
Wd Berat kering kayu oven (gr)
Wg Berat kering kayu basah (gr)
X Sumbu bahan
Y Sumbu bebas bahan
Z Tahanan lateral acuan baut atau pasak
fs // Kuat geser (kg/cm2)
λ Angka kelangsingan
ω Faktor tekuk
Regangan
Tegangan
tk // Tegangan tekan sejajar serat (kg/cm2)
tr // Tegangan tarik sejajar serat (kg/cm2)
ρ Kerapatan kayu (kg/m3)
π Phi radian
