Analisa dan Eksperimental Komposit Kayu Mutu Tinggi-Lantai Beton Secara Elastis dan Ultimate

(1)

MUTU TINGGI – LANTAI BETON SECARA ELASTIS DAN

ULTIMATE

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil

Oleh :

RILLY FERANDA

070404064

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

Puji dan syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan

karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.Tugas

akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang struktur

Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul

“Analisa dan Eksperimental Komposit Kayu Mutu Tinggi-Lantai Beton Secara Elastis dan Ultimate.”

Sungguh suatu hal yang luar biasa dimana akhirnya tugas akhir ini dapat

diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktu yang diharapkan. Tugas akhir adalah

merupakan salah satu unsur yang sangat penting sebagai pemenuhan nilai-nilai tugas dalam

mencapai gelar Sarjana Teknik dari Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil di universitas

ataupun perguruan tinggi manapun di seluruh Nusantara, termasuk pula di Universitas

Sumatera Utara.

Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari

dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin

menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang

berperan penting yaitu :

1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, atas kesempatan dan

waktu yang telah diberikan kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan

studi Strata-I di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dengan baik.

2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik

(3)

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir.Besman Surbakti, M.T., selaku pembimbing, yang telah banyak

memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga

dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.

5. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T., Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, M.T., dan

Bapak M. Agung Putra Handana, ST, MT selaku Dosen Pembanding, atas

saran dan masukan yang diberikan kepada Penulis terhadap Tugas Akhir ini.

6. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

7. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini

kepada saya.

8. Buat keluargaku, terutama kepada kedua orang tuaku, Ayahanda Ir. Chairil

Anwar dan Ibunda Hasnelly yang telah memberikan motivasi,semangat dan

nasehat kepada saya, adik-adikku Femy dan Nichy yang telah banyak

membantu saya.

9. Untuk keluarga Pak Gindo Hsb, terima kasih atas semua bantuan yang

diberikan,

10. Untuk Gina, semoga sukses di Jerman ya,

11. Buat saudara/i seperjuangan, Didi, Nanda, Juangga, Ari Yusman, Harly,

Fadly, Yowa, Herry, Falah, Iqbal, Ghufran, Alfi, Jay, Aulia, Alef, Alfri, Dipa,

(4)

Fahim, bg Herry, kak Diana, kak Ani , kak Safira ,adik-adik pondasi dan

adik-adik 08,09,10 serta teman-teman mahasiswa/i angkatan 2007 yang tidak

dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya

selama ini.

12. Untuk Mas Subandi dan ibu dan Bapak Zumono kantin beton.

13. Dan segenap pihak yang belum Penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam

mendukung dan membantu Penulis dari segi apapun, sehingga tugas akhir ini

dapat diselesaikan dengan baik.

Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata

sempurna. Yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahamahan saya

dalam hal ini. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari

para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik.

Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat

bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Mei 2011

(5)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR NOTASI ... xiii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

I.1. Latar Belakang ... 1

I.2. Perumusan Masalah ... 2

I.3. Tujuan Penelitian ... 3

I.4. Metodologi ... 4

I.5. Batasan Masalah ... 6

BAB II. TINJAUANPUSTAKA ... 7

II.1. Umum ... 7

II.2. Kayu ... 7

II.2.1. Sifat Bahan Kayu ... 8

II.2.2. Sifat Fisis Kayu dan Sifat Mekanis Kayu ... 8

II.2.2.1 Sifat Fisis Kayu ... 9

a. Berat Jenis Kayu ... 9

b. Kadar Air Kayu ... 10

II.2.2.2 Sifat Mekanis ... 11

a. Keteguhan Tarik ... 11

b. Keteguhan Tekan ... 12

c. Keteguhan Geser ... 13

d. Keteguhan Lengkung (Lentur) ... 14

e. Keteguhan Belah ... 15

II.2.3. Tegangan Bahan Kayu ... 15

II.2.4. Kuat Acuan Berdasarkan Pemilihan Secara Mekanis ... 20

II.2.5. Kuat Acuan Berdasarkan Pemilihan Secara Visual ... 22

II.3. Beton ... 24

II.3.1.Bahan-Bahan Penyusun Beton ... 26

II.3.1.1. Semen ... 26

II.3.1.2. Agregat ... 27

(6)

II.3.2.1. Kuat Tekan ... 31

II.3.2.2. Modulus Elastisitas Beton ... 33

II.3.2.3. Kekuatan Tarik ... 34

II.4. Konstruksi Komposit ... 35

II.5. Balok Komposit Kayu Beton ... 37

II.6. Penghubung Geser (Shear Connector) ... 38

II.6.1. Paku ... 39

II.7. Priinsip Perencanaan Struktur Komposit ... 41

II.7.1.1 Metode Elastis ... 41

a. Analisis Elastis ... 41

b. Penempatan Paku Berdasarkan Metode Elastis ... 44

II.7.2. Metode Kekeuatan Batas (Ultimate) ... 45

a. Analisis Ultimate ... 45

b. Penempatan Paku Berdasarkan Metode Ultimate ... 48

c. Tahanan Lateral Terkoreksi ... 50

BAB III.METODOLOGI PENELITIAN ... 52

III.1.Pendahuluan ... 52

III.2.Pengujian Kayu ... 52

III.2.1.Persiapan Pengujian ... 52

III.2.2.Pelaksanaan Pengujian ... 53

III.2.2.1. Pemeriksaan Kadar Air ... 53

III.2.2.2. Pemeriksaan Berat Jenis ... 55

III.2.2.3. Pengujian Kuat Tekan ... 56

III.2.2.4. Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas pada Penurunan Izin dan pada Kondisi Ultimate ... 57

III.3.Pengujian Beton ... 60

III.3.1.Persiapan Pengujian ... 60

III.3.2.Benda Uji Beton ... 60

III.3.3.Pengujian Kuat Tekan Beton ... 60

III.5.Pengujian Kuat Lentur Balok T Komposit Kayu-Beton ... 62

BAB IV.ANALISIS DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN ... 64

IV.1.Hasil Penelitian ... 64

IV.1.1.Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu ... 64

IV.1.1.1. Hasil Pemeriksaan Kadar Air ... 64

IV.1.1.2. Hasil Pemeriksaan Berat Jenis ... 65

IV.1.1.3. Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat Kayu ... 66

IV.1.1.4. Hasil Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas Lentur Kayu ... 67

IV.1.2.Kesimpulan Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties ... 75

IV.2.Perencanaan Komposit Balok T Kayu-Beton ... 77

IV.2.1.Perencanaan Model-1 Secara Metode Elastis ... 77

(7)

IV.2.4.Kontrol Perencanaan Model-3 Secara Metode Elastis ... 96

IV.3.Lendutan ... 100

IV.3.1.Lendutan Dengan Dua Beban Terpusat (P) ... 100

IV.3.2.Lendutan Dengan Satu Beban Terpusat (P) ... 102

IV.4.Hasil Pengujian Komposit ... 105

IV.5.Pengamatan Pada Percobaan ... 131

IV.6.Diskusi ... 133

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 135

V.1. Kesimpulan ... 135

V.2. Saran ... 136

DAFTAR PUSTAKA ... 137

DAFTAR LAMPIRAN ... 139

(8)

Gambar I.1 : Pemberian beban pada bentang struktur komposit model 1 dan II ... 5

Gambar I.2 : Pemberian beban pada bentang struktur komposit model III ... 5

Gambar II.1 : Batang yang menerima gaya tarik P ... 12

Gambar II.2 : Batang kayu menerima gaya tekan sejajar serat ... 12

Gambar II.3 : Batang kayu yang menerima gaya tekan tegak lurus serat ... 13

Gambar II.4 : Batang kayu yang menerima gaya geser tegak lurus arah serat ... 14

Gambar II.5 : Batang kayu yang menerima beban lengkung ... 15

Gambar II.6 : Hubungan antara beban tekan dengan deformasi untuk tarikan dan tekanan ... 16

Gambar II.7 : Tegangan tekan dan tegangan tarik ... 19

Gambar II.8 : Diagram tegangan-regangan batang tulangan baja terhadap kuat tekan beton [Dipohusodo, 1999] ... 32

Gambar II.9 : Penampang lantai komposit kayu–beton tipe balok T ... 38

Gambar II.10 : Diagram tegangan elastis ... 42

Gambar II.11 : Hubungan antara beban, geser dan diagram momen ... 43

Gambar II.12.a : Balok yang dibebani dengan beban – beban terpusat ... 43

Gambar II.12.b : Diagram gaya lintang ... 43

Gambar II.13.a : Distribusi tegangan geser ½ bentang ... 43

Gambar II.13.b : Nilai gaya geser pada zone 1 dan zone 2 ... 43

Gambar II.14 : Diagram tegangan ultimate ... 47

Gambar II.15 : Sambungan paku dengan variasi penetrasi ... 51

Gambar III.1 : Sampel pengujian kadar air ... 53

Gambar III.2 : Sampel pengujian untuk menentukan berat jenis ... 55

(9)

Gambar III.5 : Penempatan dial beban pada sampel ... 58

Gambar III.6 : Model pengujian benda uji silinder beton ... 61

Gambar III.7 : Pengujian kuat lentur balok T komposit kayu –beton model ke-1 dan ke-2 ... 63

Gambar III.8 : Pengujian kuat lentur balok T komposit kayu –beton model ke-3 ... 63

Gambar IV.1 : Grafik tegangan regangan hasil pengujian elastisitas kayu sampel-1 ... 69

Gambar IV.2 : Grafik regresi linear tegangan-regangan kayu sampel-1 ... 69

Gambar IV.7 : Dimensi komposit model-1 ... 78

Gambar IV.8 : Diagram tegangan elastis komposit model-1 ... 79

Gambar IV.9 : Diagram gaya lintang yang bekerja ... 80

Gambar IV.11 : Diagram tegangan ultimate komposit model-2 ... 85

Gambar IV.12 : Mekansime runtuh ... 86

Gambar IV.14 : Diagram tegangan ultimate komposit model-3 ... 93

Gambar IV.15 : Mekansime runtuh ... 94

Gambar IV.17 : Diagram tegangan elastis komposit model-3 ... 97

Gambar IV.18 : Diagram gaya lintang yang bekerja ... 98

Gambar IV.19 : Diagram momen dan gaya lintang ... 98

(10)

Gambar IV. 22 : Grafik beban vs penurunan (Dial-2) pada komposit model -1 ... 116

Gambar IV. 27 : Grafik perbandingan penurunan vs beban pada Dial-1 komposit model -1 dan 2 ... 123

Gambar IV. 33 : Pola retak komposit kayu-beton model-1 ... 132

Gambar IV. 34 : Pola retak komposit kayu-beton model-2 ... 133

(11)

Tabel II.1 : Nilai kuat acuan (Mpa) berdasarkan atas pemilihan secara mekanis pada

kadar air 15% (berdasarkan) PPKI NI – 5 2002 ... 21

Tabel II.2 : Nilai rasio tahanan ... 23

Tabel II.3 : Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu ... 23

Tabel II.4 : Tebal kayu yang diperkenanakan untuk beberapa ukuran paku ... 40

Tabel II.5 : Tahanan lateral acuan satu paku (Z) untuk satu pengencang dengan satu irisan yang menyambung dua komponen ... 48

Tabel II.6 : Kuat lentur paku untuk berbagai diameter paku bulat ... 49

Tabel II.7 : Berbagai Ukuran Diameter dan Panjang Paku ... 50

Tabel IV.1 : Hasil pemeriksaan kadar air kayu ... 64

Tabel IV.2 : Hasil pemeriksaan berat jenis kayu ... 65

Tabel IV.3 : Hasil pemeriksaan kuat tekan sejajar serat kayu ... 66

Tabel IV.4 : Hasil pemeriksaan elastisitas kayu ... 67

Tabel IV.5 : Tabulasi perhitungan tegangan dan regangan sampel-1 ... 68

Tabel IV.8 : Rangkuman penelitian mechanical properties (PPKI 2002)... 75

Tabel IV.9 : Rangkuman penelitian mechanical properties (PPKI 1961) ... 76

Tabel IV.10 : Tahanan lateral acuan satu paku (Z) untuk satu alat pengencang dengan satu irisan yang menyambung dua komponen ... 88

Tabel IV.11 : Data penurunan (Y) dari hasil percobaan komposit model 1 dan 2 ... 105

Tabel IV.12 : Data penurunan (Y) dari hasil percobaan komposit model -3 ... 106

Tabel IV.13 : Nilai EI dari hasil percobaan komposit model-1 ... 106

(12)

Tabel IV.17 : Nilai kekakuan dari hasil percobaan komposit model-2 ... 109

Tabel IV.18 : Data penurunan (Y) teoritis untuk komposit model-2 ... 110

Tabel IV.20 : Nilai kekakuan dari hasil percobaan komposit model-3 ... 111

Tabel IV.21 : Data penurunan (Y) teoritis untuk komposit model-3 ... 112

Tabel IV.22 : Data penurunan komposit model-1 hasil pengujian laboratorium dan penurunan teoritis ... 113

Tabel IV.23 : Data penurunan komposit model-2 dari hasil pengujian laboratorium dan penurunan teoritis ... 114

Tabel IV.24 : Data penurunan komposit model-3 hasil pengujian laboratorium dan hasil penurunan teoritis ... 114

Tabel IV.25 : Perhitungan Elastisitas balok komposit kayu-beton model-1 dari regresi linear ... 118

Tabel IV.27 : Hasil percobaan balok komposit kayu beton model 1 dan 2 ... 126

Tabel IV.29 : Hasi percobaan balok komposit kayu beton model-3 ... 131

Tabel IV.30 : Rangkuman penelitian Mechanical Properties ... 133

Tabel IV.31 : Rangkuman penelitian komposit kayu beton model 1,2 dan 3 ... 134

(13)

x adalah rata-rata sampel

A adalah luas penampang yang menerima beban, cm²

b adalah lebar sampel, cm

bc adalah lebar beton, cm

Be adalah lebar efektif, cm

BJ adalah berat jenis kayu, gr/cm3

bO adalah jarak pusat ke pusat antar balok, m

bW adalah lebar kayu, cm

C adalah gaya tekan, kg

Cc adalah gaya tekan beton, kg

Cd adalah faktor kedalaman penetrasi

Cdi adalah faktor koreksi untuk sambungan diafragma

Ceg adalah faktor serat ujung = 0.67

Cm adalah faktor koreksi untuk sambungan paku miring = 0.83

Cw adalah gaya tekan kayu, kg

d adalah diameter paku,cm

D adalah gaya lintang balok, kg

E adalah modulus elastis, kg/cm2

Ec adalah modulus elastisitas beton tekan (MPa)

Ew adalah modulus elastis lentur kayu,MPa

f adalah penurunan, cm

(14)

Fc adalah tegangan beton kg/cm2

Fc// adalah kuat tekan sejajar serat, MPa

fc’ adalah kuat tekan beton, Mpa

Fc┴ adalah kuat tekan tegak lurus serat, MPa

Fem adalah kuat tumpu kayu utama, N/mm2

Fes adalah kuat tumpu kayu samping, N/mm2

Fr adalah modulus tarik beton, Mpa

Ft// adalah kuat tarik sejajar serat, MPa

Fv adalah kuat geser yang diizinkan, MPa

Fyb adalah kuat lentur paku, N/mm2

G adalah berat jenis kayu

Gku adalah berat benda uji setelah kering udara, gr

Gx adalah berat benda uji mula-mula, gr

h adalah tinggi sampel, cm

H adalah tinggi komposit, cm

hw adalah tinggi kayucm

I adalah momen inersia, cm4

L adalah panjang bentang sampel, m

m adalah kadar air, %

M adalah momen yang bekerja, kgcm

N adalah Jumlah paku

(15)

P adalah beban tekan maksimum, kg

p adalah kedalaman penetrasi efektif batang alat pengencang pada komponen

pemegang, mm

P(tk/tr) adalah beban tekan / tarik yang terjadi, kg

Pizin adalah beban yang diizinkan

Ppatah adalah beban patah

Qn adalah kuat nominal penghubung geser, kg

S adalah statis momen yang ditinjau, cm3

S’ adalah gaya yang diperkenankan perpaku, kg

SD adalah standart deviasi

t adalah tinggi sayap beton, cm

T adalah gaya tarik, kg

ts adalah tebal kayu sekunder, mm

Tw adalah gaya tarik kayu, kg

Vh adalah gaya geser horizontal, kg

Vi adalah gaya geser, kg

Vx adalah volume sampel, cm3

W adalah kadar air kayu ,%

wc adalah berat isi beton (kg/m 3

)

Wx adalah berat sampel kayu kering udara, gr

xi adalah hasil penelitian sampel ke-i

(16)

z adalah lengan momen, cm

Z adalah tahanan lateral acuan satu paku, N

Z’ adalah tahanan lateral terkoreksi

Z’min adalah tahanan lateral acuan minimum terkoreksi, kg

Zmin adalah tahanan lateral acuan minimum, kg

ε adalah regangan yang terjadi

ε adalah regangan, mm/mm

λ adalah angka kelangsingan

ρ adalah berat jenis (BJ), gr/cm3

T’ adalah tegangan tarik kayu, kg

adalah tegangan tekan/tarik yang terjadi, kg/cm² )

/ (tk tr

adalah tegangan, kg/cm2

b adalah kekuatan tekan beton dari benda uji

b adalah tegangan lentur yang terjadi, kg/cm2

bm adalah kekuatan tekan beton rata-rata

C’ adalah tegangan tekan beton, kg

kd adalah kokoh desak kayu, kg/cm2

tk adalah tegangan izin tekan sejajar serat, kg/cm 2

tk// adalah tegangan tekan sejajar serat, kg/cm2

(17)

Abstrak

Komponen komposit kayu–beton adalah komposit yang terbentuk dari bahan kayu dan beton, yang digabungkan menjadi satu kesatuan dengan perantara alat sambung geser, sehingga mampu bereaksi terhadap beban kerja sebagai satu kesatuan. Pada tugas akhir ini dilakukan percobaan lentur komposit kayu beton yang dirancang dengan 2 metode berbeda yaitu elastis dan ultimate dimana perbedaannya terlihat pada jumlah penghubung geser. Secara elastis, jumlah penghubung geser adalah berdasarkan gaya lintang yang bekerja di komponen struktur sedangkan ultimate berdasarkan gaya geser horizontal total yang bekerja pada bidang kontak antara balok kayu dan pelat beton diambil nilai terkecil dari suatu struktur penyusun komposit tersebut.

Percobaan dilakukan dengan menggunakan 3 model komposit kayu- beton. Model pertama dirancang berdasarkan metode elastis, model kedua dan ketiga berdasarkan metode ultimate. Dimana kayu yang digunakan adalah meranti batu dengan ukuran penampang 4x4ichi2, dan beton k-250 dengan ukuran penampang 30x5cm2 untuk model pertama dan kedua, 60x5cm2 untuk model ketiga. Panjang bentang balok komposit adalah 3,00 m. Penghubung geser yang digunakan adalah paku 4 inci.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh gambaran perbandingan antara kuat lentur komposit kayu–beton dengan penghubung geser paku dan mengetahui hubungan beban–lendutan komposit kayu beton yang direncakan berdasarkan kedua metode tersebut.

Dari pengujian diperoleh komposit kayu – beton yang didisain dengan secara ultimate lebih banyak jumlah penghubung gesernya dibandingkan dengan komposit beton yang didisain secara elastis. Besar beban runtuh untuk komposit kayu-beton model 1 adalah 8,4 ton, untuk model 2 adalah 10,2 ton dan model 3 adalah 9,2 ton.

(18)

Abstrak

Komponen komposit kayu–beton adalah komposit yang terbentuk dari bahan kayu dan beton, yang digabungkan menjadi satu kesatuan dengan perantara alat sambung geser, sehingga mampu bereaksi terhadap beban kerja sebagai satu kesatuan. Pada tugas akhir ini dilakukan percobaan lentur komposit kayu beton yang dirancang dengan 2 metode berbeda yaitu elastis dan ultimate dimana perbedaannya terlihat pada jumlah penghubung geser. Secara elastis, jumlah penghubung geser adalah berdasarkan gaya lintang yang bekerja di komponen struktur sedangkan ultimate berdasarkan gaya geser horizontal total yang bekerja pada bidang kontak antara balok kayu dan pelat beton diambil nilai terkecil dari suatu struktur penyusun komposit tersebut.

Percobaan dilakukan dengan menggunakan 3 model komposit kayu- beton. Model pertama dirancang berdasarkan metode elastis, model kedua dan ketiga berdasarkan metode ultimate. Dimana kayu yang digunakan adalah meranti batu dengan ukuran penampang 4x4ichi2, dan beton k-250 dengan ukuran penampang 30x5cm2 untuk model pertama dan kedua, 60x5cm2 untuk model ketiga. Panjang bentang balok komposit adalah 3,00 m. Penghubung geser yang digunakan adalah paku 4 inci.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh gambaran perbandingan antara kuat lentur komposit kayu–beton dengan penghubung geser paku dan mengetahui hubungan beban–lendutan komposit kayu beton yang direncakan berdasarkan kedua metode tersebut.

Dari pengujian diperoleh komposit kayu – beton yang didisain dengan secara ultimate lebih banyak jumlah penghubung gesernya dibandingkan dengan komposit beton yang didisain secara elastis. Besar beban runtuh untuk komposit kayu-beton model 1 adalah 8,4 ton, untuk model 2 adalah 10,2 ton dan model 3 adalah 9,2 ton.

(19)

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Balok merupakan sistem struktur yang sangat banyak dan umum dipakai pada

dunia konstruksi. Namun seiring bertambahnya fungsi struktur dan beban yang harus

dipikul oleh struktur, diperlukan ukuran balok yang cukup besar untuk memenuhi

tuntutan tersebut.

Kayu merupakan salah satu bahan bangunan yang banyak dijumpai dan sering

dipakai di Indonesia dan juga relatif mudah untuk mendapatkannya. Berat jenis kayu

lebih ringan bila dibanding baja ataupun beton, selain itu kayu juga mudah dalam

pengerjaannya. Ditinjau dari segi struktur, kayu cukup baik dalam menahan gaya

tarik, tekan dan lentur. Ditinjau dari segi arsitektur, bangunan kayu mempunyai nilai

estetika yang tinggi dan relatif ekonomis. Kayu mempunyai kekurangan yaitu

terbatasnya ukuran kayu yang ada di pasaran.

Struktur beton tetap menjadi struktur utama dan umum untuk keperluan

berbagai konstruksi bangunan, dan dapat bernilai ekonomis untuk daerah yang

melimpah serta mudah dalam mendapatkan material penyusun beton. Sedangkan

didaerah–daerah yang jarang dan sulit untuk mendapatkan material penyusun beton

membuat struktur beton menjadi sangat mahal. Beton mempunyai kelebihan yaitu

mempunyai kuat tekan yang tinggi.

Atas dasar tersebut maka dibuat perpaduan antara kedua jenis bahan bangunan

(20)

dapat diatasi dengan kombinasi antara kayu dan beton dalam satu kesatuan struktur

komposit.

Komposit kayu–beton dimungkinkan untuk menjadi alternatif pilihan,

khususnya bagi daerah yang sulit mendapatkan material penyusun beton, sementara

banyak terdapat bahan kayu sehingga tercapai harga yang ekonomis. Penggunaan

struktur komposit ini diharapakan dapat memecahkan masalah dalama pembangunan

jembatan bentang pendek di daerah-daerah terpencil yang tidak memungkinkan

ditangkan alat-alat berat dalam pembangunannya.

I.2 Perumusan Masalah

Pentingnya penghubung geser (shear connector) pada sistem balok komposit

ini membuat perhitungan penghubung geser (shear connector) juga penting.

Paku dapat dipakai sebagai penghubung geser (shear connector). Karena paku

merupakan penghubung geser dengan sifat discreet, maka jumlah penghubung geser

dan jaraknya merupakan hal yang penting. Penghubung geser yang terlalu rapat akan

menyebabkan keborosan dalam pemakaian bahan, sementara jumlah penghubung

geser yang kurang akan menyebabkan balok tidak bekerja dengan aksi komposit

secara penuh, namun hanya bekerja secara parsial.

Maka dibuatlah komposit kayu –beton berdasarkan metode elastis dan metode

ultimate dimana metode elastis penghubung geser ditentukan oleh gaya lintang yang

(21)

dari suatu struktur penyusun komposit tersebut.

Balok kayu dan beton akan digabungkan menjadi balok komposit dengan

menggunakan paku sebagai penghubung gesernya. Balok kayu dan beton tersebut

akan disusun sedemikian rupa sehingga balok kayu akan diproyeksikan untuk

memikul beban tarik pada bagian bawah, sementara beton akan diproyeksikan untuk

memikul beban tekan pada bagian atas.

Pengujian kuat lentur akan dilaksanankan pada pengujian balok komposit

kayu-beton untuk melihat perbandingan antara komposit kayu beton yang didisain

secara elastis dan secara ultimate.

I.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Melakukan perhitungan secara analitis konstruksi komposit kayu-beton

yang menggunakan shear connector yang dirancang dengan metode

elastis dan metode ultimate,

2. Mendapatkan hubungan antara lendutan dan gaya dari hasil praktis,

3. Membandingkan penghubung geser paku berdasarkan metode elastis

dan metode ultimate.

(22)

Adapun metodologi dan tahapan pelaksanaan yang digunakan dalam

eksperimen tugas akhir ini adalah :

1. Pengujian physical dan mechanical properties kayu untuk

mendapatkan:

a. Kadar air,

,

t,

,

, b. Berat jenis

c. Kuat tekan sejajar sera

d. Teganan lentur ultimate

e. Elastisitas lentur kayu

2. Pengujian kuat tekan beton,

3. Pendesainan komposit kayu-beton dengan 1 buah model berdasarkan

metode elastis dan 2 buah model dengan metode ultimate,

4. Pembuatan 3 buah benda uji komposit kayu-beton dilakukan di

Laboratorium Bahan Rekayasa Program Strata Satu ( S 1 ) Teknik

Sipil Universitas Sumatera Utara,

5. Pemberian beban dengan Hydraulic Jack setelah benda uji berumur 28

hari akan dilakukan di Laboratorium Struktur Program Magister (S 2)

Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara akan diberikan seperti gambar

(23)

a. Untuk model pertama dan kedua

a

Gambar I.1 Pemberian beban pada bentang struktur

komposit model 1 dan 2

b. Untuk model ketig

P

A B

C

1.50 1.50

1

Beton

Kayu Paku

Potongan 1-1

Gambar I.2 Pemberian beban pada bentang struktur

komposit model 3

1.6 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi cakupan / ruang lingkupnya agar

tidak terlalu luas. Pembatasan masalah meliputi :

1. Kayu dianggap bersifat homogen dan isotropis,

(24)

kayu,

4. Mutu beton yang digunakan adalah K-250,

5. Penghubung geser yang digunakan dalam penelitian ini adalah paku,

6. Benda uji berupa balok T dengan beton sebagai sayap dan kayu

sebagai badan dan dianggap bekerja secara penuh (komposit penuh),

7. Model 1 didisain secara metode elastis dan model 2 dan 3 didisain

secara metode ultimate,

8. Ukuran Model 1 dan 2 adalah sama, dengan syarat garis netral elastis

dan plastis berada di balok kayu,

9. Ukuran model 3 disesuaikan berdasarkan keseimbangan gaya yang

bekerja dengan garis netral plastis berada di balok kayu,

10.Bentang (L) benda uji balok T komposit yang diuji adalah ± 3,00

meter,

11.Beban yang berkerja adalah beban terpusat,

12.Beban dianggap bekerja pada pusat geser ( shear center ) sehingga

(25)

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Umum

Konsep dasar perencananan bangunan komposit kayu-beton adalah kayu

mempunyai kuat tarik dan tekan yang relatif baik serta berat yang relatif rendah dan

material beton yang kuat terhadap tekan, dijadikan satu kesatuan komposit sehingga

kelebihan-kelebihan tersebut dapat dipadukan untuk keperluan konstruksi seperti pada

balok, rangka rumah, jembatan dan struktur lainnya. Dengan demikian kita perlu

mengetahui sifat-sifat yang umum dari bahan struktur yang dimaksud.

II.2 Kayu

Sebagai salah satu bahan konstruksi, kayu memegang peranan cukup penting

terutama untuk bangunan sederhana atau yang bersifat sementara dan kuda – kuda

untuk atap.

Kayu mempunyai kuat tarik dan kuat tekan relatif tinggi dan berat yang relatif

rendah, mempunyai daya tahan tinggi terhadap pengaruh kimia dan listrik, dapat

dengan mudah dikerjakan, relatif murah, dapat mudah diganti dan bisa didapat dalam

waktu singkat (Felix,1965).

Pemakaian kayu sebagai konstruksi dukung banyak menjadi alternative

pengganti besi dan beton bertulang. Rata-rata konstruksi kayu dengan daya dukung

yang sama, harganya ± 25 % sampai 40 % lebih murah dari pada konstruksi kayu dan

beton bertulang (Wiryomartono, 1976).

(26)

II.2.1 Sifat Bahan Kayu

Kayu berasal dari berbagai jenis pohon yang memiliki sifat-sifat yang

berbeda-beda. Bahkan dalam satu pohon, kayu mempunyai sifat yang berbeda-beda.

Dari sekian banyak sifat-sifat kayu yang berbeda satu sama lain, ada beberapa sifat

yang umum terdapat pada semua jenis kayu yaitu :

1. Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam - macam dan

susunan dinding selnya terdiri dari senyawa kimia berupa selulosa dan hemi

selulosa (karbohidrat) serta lignin (non karbohidrat).

2. Semua kayu bersifat anisotropik, yaitu memperlihatkan sifat-sifat yang

berlainan jika diuji menurut tiga arah utamanya (longitudinal, radial dan

tangensial).

3. Kayu merupakan bahan yang bersifat higroskopis, yaitu dapat menyerap atau

melepaskan kadar air (kelembaban) sebagai akibat perubahan kelembaban

dan suhu udara disekelilingnya.

4. Kayu dapat diserang oleh hama dan penyakit dan dapat terbakar terutama

dalam keadaan kering.

II.2.2 Sifat Fisis Kayu dan Sifat Mekanis Kayu

Sifat dan kekuatan tiap-tiap jenis kayu berbeda-beda, sehingga penggunaan

kelas kayu harus disesuaikan dengan konstruksi yang akan dibuat. Oleh karena itu kita

harus sedikit banyaknya mengetahui tentang beberapa ciri-ciri dan sifat-sifat kayu.

(27)

yang merupakan kemampuan kayu untuk menahan muatan dari luar berupa gaya-gaya

di luar kayu yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah bentuk dan besarnya

kayu.

II.2.2.1 Sifat Fisis Kayu

a. Berat Jenis Kayu

Berat jenis didefenisikan sebagai angka berat dari satuan volume suatu

material. Berat jenis diperoleh dengan membagikan berat kepada volume benda

tersebut. Berat jenis diperoleh dengan cara menimbang suatu benda pada suatu

timbangan dengan tingkat keakuratan yang diperlukan. Untuk praktisnya, digunakan

timbangan dengan ketelitian 20%, yaitu sebesar 20 gr/kg. Sedangkan untuk

menentukan volume, cara yang umum dan mudah dilakukan adalah dengan mengukur

panjang, lebar dan tebal suatu benda dan mengalikan ketiganya. Sebaiknya ukuran

sampel kayu tidak kurang dari ukuran dari 7.5 cm x 5 cm x 2.5 cm,

Mengingat kayu terbentuk dari sel – sel yang memiliki bermacam – macam

tipe, memungkinkan terjadinya suatu penyimpangan tertentu . Pada perhitungan berat

jenis kayu semestinya berpangkal pada keadaan kering udara, yaitu sekering –

keringnya tanpa pengeringan buatan.

Berat jenis kayu biasanya berbanding lurus dengan kekuatan daripada kayu

atau sifat – sifat mekanisnya. Makin tinggi berat jenis suatu kayu maka makin tinggi

pula kekuatannya.

(28)

b. Kadar Air Kayu

Kayu sebagai bahan konstruksi dapat mengikat air dan juga dapat melepaskan

air yang dikandungnya. Keadaan seperti ini tergantung pada kelembaban suhu udara

di sekelilingnya, dimana kayu itu berada. Kayu mempunyai sifat peka terhadap

kelembaban, karena pengaruh kadar airnya menyebabkan mengembang dan

menyusutnya kayu serta mempengaruhi pula sifat-sifat fisis dan mekanis kayu.

Kadar air sangat besar pengaruhnya terhadap kekuatan kayu, terutama daya

pikulnya terhadap tegangan desak sejajar arah serat dan juga tegak lurus arah serat

kayu. Sel-sel kayu mengandung air, yang sebagian merupakan bebas yang mengisi

dinding sel. Apabila kayu mengering, air bebas keluar dahulu dan saat air bebas itu

habis keadaannya disebut titik jenuh serat (Fibre Saturation Point). Kadar air pada

saat itu kira-kira 25 %-30 %. Apabila kayu mengering di bawah titik jenuh serat,

dinding sel menjadi semakin padat sehingga mengakibatkan serat-seratnya menjadi

kokoh dan kuat. Maka dapat diambil suatu kesimpulan bahwa turunnya kadar air

mengakibatkan bertambahnya kekuatan kayu.

Pada umumnya kayu-kayu di Indonesia yang kering udara mempunyai kadar

air (kadar lengas) antara 12 %-18 %, atau rata-rata adalah 15 %. Tetapi apabila berat

dari benda uji tersebut menunjukkan angka yang terus-menerus menurun (berkurang),

maka kayu belum dapat dianggap kering udara (jadi masih basah). Untuk menentukan

secara kasar apakah kadar lengas kayu sudah di bawah 30 % atau belum, dapat

digunakan rumus pendekatan seperti di bawah ini :

(29)

Dimana :

W = Kadar air kayu (%)

Gx = Berat benda uji mula-mula (gr)

Gku = Berat benda uji setelah kering udara (gr)

Bila berat benda uji sudah menunjukkan angka yang konstan, maka kayu

tersebut sudah dapat dianggap kering udara, sehingga kadar lengas kayu dapat

diperoleh dengan cara :

= − × 100%

II.2.2.2 Sifat Mekanis

Sifat mekanis kayu meliputi keteguhan kayu, yaitu perlawanan yang diberikan

oleh suatu jenis kayu terhadap perubahan-perubahan bentuk yang disebabkan oleh

gaya-gaya luar. Perlawanan kayu terhadap gaya-gaya luar ini dapat dibedakan

menjadi:

a. Keteguhan Tarik

Keteguhan tarik adalah kekuatan atau daya tahan kayu terhadap dua buah gaya

yang bekerja dengan arah yang berlawanan dan gaya ini bersifat tarik (lihat Gambar

II.1). Gaya tarik ini berusaha melepas ikatan antara serat-serat kayu tersebut. Sebagai

akibat dari gaya tarik (P), maka timbullah di dalam kayu tegangan-tegangan tarik,

(30)

P

sedemikian rupa, sera

konstruksi bangunan, ha

Tegangan tarik

pada kayu, disebut de

Misalnya, untuk kayu

arah sejajar serat adalah

b. Keteguhan Tekan

Keteguhan teka

gaya-gaya tekan yang

bekerja sejajar serat ka

Gambar II.2). Sedang

menimbulkan retak pad

Gamba

P

Serat Kayu

erat-serat kayu terlepas dan terjadilah pataha

n, hal ini tidak boleh terjadi untuk menjaga keam

rik masih diizinkan bila tidak timbul suatu perub

dengan tegangan tarik yang diizinkan dengan

yu dengan kode mutu E26 tegangan tarik yan

[image:30.595.204.473.256.316.2]

lah 60 MPa.

Gambar II.1 Batang yang menerima gaya tari

ekan/kompresi adalah kekuatan atau daya taha

ng bekerja sejajar atau tegak lurus serat kayu.

kayu akan menimbulkan bahaya tekuk pada k

ngkan gaya tekan yang bekerja tegak lurus

k pada kayu (Gambar II.3).

mbar II.2 Batang kayu menerima gaya tekan sej

P

yu

tahan. Dalam suatu

amanan.

perubahan atau bahaya

ngan notasi Ft (MPa).

ang diizinkan dalam

tarik P

tahan kayu terhadap

yu. Gaya tekan yang

da kayu tersebut (lihat

urus arah serat akan

[image:30.595.187.476.614.694.2]

(31)

Batang-batang

kerusakan lebih besar

dengan gaya tekan tega

menimbulkan teganga

menimbulkan adanya ba

[image:31.595.215.484.242.348.2]

(MPa).

Gambar II.

c. Keteguhan Geser

Keteguhan gese

gaya tekan yang beker

menyebabkan bagian

dekatnya. Akibat gaya

Gambar II.4).

Dalam hal ini

keteguhan geser sejaja

miring. Tegangan ge

pergeseran serat kayu di

.

g yang panjang dan tipis seperti papan, m

ar ketika menerima gaya tekan sejajar serat

egak lurus serat kayu. Sebagai akibat adanya ga

gan tekan pada kayu. Tegangan tekan terbe

a bahaya disebut tegangan tekan yang diizinkan,

.3 Batang kayu yang menerima gaya tekan teg

geser adalah kekuatan atau daya tahan kayu te

kerja padanya, kemampuan kayu untuk menaha

n kayu tersebut bergeser atau tergelincir da

ya geser ini maka akan timbul tegangan gese

ini, keteguhan geser dibagi menjadi 3 (tiga

ajar serat, keteguhan geser tegak lurus serat da

geser terbesar yang tidak akan menimbulka

u disebut tegangan geser yang diizinkan, dengan not

n, mengalami bahaya

at jika dibandingkan

a gaya tekan ini akan

rbesar dimana tidak

nkan, dengan notasi Fc

egak lurus serat

u terhadap dua

gaya-nahan gaya-gaya yang

dari bagian lain di

ser pada kayu (lihat

(tiga) macam, yaitu

dan keteguhan geser

bulkan bahaya pada

(32)

[image:32.595.152.491.77.156.2]

\

Gambar II.4

d. Keteguhan Lengkung ( Le

Keteguhan leng

gaya-gaya yang berusa

dibedakan menjadi 2 (

lengkung pukul. Kete

menahan gaya yang m

pukul adalah kekuata

mendadak.

Balok kayu yan

berlebihan akan mele

tegangan tekan dan pa

Gambar II.5). Akibat t

akan terjadi regangan y

Batang kayu yang menerima gaya geser tegak l

Lentur )

ngkung ( lentur ) adalah kekuatan atau daya ta

usaha melengkungkan kayu tersebut. Keteguha

2 (dua) macam, yaitu keteguhan lengkung sta

eteguhan lengkung statik menunjukkan kekua

g mengenainya perlahan-lahan, sedangkan ke

kuatan kayu dalam menahan gaya yang me

yang terletak pada dua tumpuan atau lebih, bil

elengkung/melentur. Pada bagian sisi atas ba

n pada sisi bawah akan terjadi tegangan tarik

bat tegangan tarik yang melampaui batas kemam

n yang cukup berbahaya.

gak lurus arah serat

tahan kayu terhadap

uhan lengkung dapat

statik dan keteguhan

kekuatan kayu dalam

keteguhan lengkung

mengenainya secara

bila menerima beban

balok akan terjadi

rik yang besar (lihat

(33)

g a r is n e tr a l

T e r te k a n

[image:33.595.189.482.53.165.2]

T e r ta r ik

Gambar II.5 Batang kayu yang menerima beban lengkung

e. Keteguhan Belah

Keteguhan belah adalah kemampuan kekuatan kayu dalam menahan

gaya-gaya yang berusaha membelah kayu. Kayu lebih mudah membelah menurut arah

sejajar serat kayu. Keadaan kayu juga mempengaruhi sifat pembelahan, misalnya

kayu yang basah lebih mudah dibelah daripada kayu yang telah kering.

II.2.3 Tegangan Bahan Kayu

Istilah kekuatan atau tegangan pada bahan seperti kayu adalah kemampuan

bahan untuk mendukung beban luar atau beban yang berusaha merubah bentuk dan

ukuran bahan tersebut. Akibat beban luar yang bekerja ini menyebabkan timbulnya

gaya – gaya dalam pada bahan yang berusaha menahan perubahan ukuran dan bentuk

bahan. Gaya dalam ini disebut dengan tegangan yang dinyatakan dalam Pound / ft 2 .

Dibeberapa negara satuan tegangan ini mengacu ke sistem Internasional ( SI ) yaitu N

/ mm 2 .

Perubahan ukuran atau bentuk ini dikenal sebagai deformasi atau regangan.

(34)

kecil dan jika tegangan yang bekerja besar maka deformasi yang terjadi juga besar.

Jika kemudian tegangan dihilangkan maka bahan akan kembali kebentuk semula.

Kemampuan bahan untuk kembali kebentuk semula tergantung pada besar sifat

elastisitasnya. Jika tegangan yang diberikan melebihi daya dukung serat maka serat –

serat akan putus dan terjadi kegagalan atau keruntuhan.

Deformasi sebanding dengan besarnya beban yang bekerja sampai pada satu

titik. Titik ini adalah Limit Proporsional. Setelah melewati titik ini besarnya

deformasi akan bertambah lebih cepat dari besarnya beban yang diberikan . Hubungan

[image:34.595.189.469.371.561.2]

antara beban dan deformasi ditunjukkan pada gambar II.6 berikut .

Gambar II.6

Hubungan antara beban tekan dengan deformasi untuk tarikan

dan tekanan

Kayu memiliki beberapa tegangan, pada satu jenis tegangan nilainya besar dan

untuk jenis tegangan yang lain nilainya kecil. Sebagai contoh tegangan tekan

Beban

Deformasi

Tarikan

Tekanan Limit Proporsional

(35)

Biasanya kayu akan menderita kombinasi dari beberapa tegangan yang terjadi secara

bersamaan meski salah satu jenis tegangan lebih mendominasi. Kemampuan untuk

melentur bebas dan kembali kebentuk semula tergantung kepada elastisitas, dan

kemampuan untuk menahan terjadinya perubahan bentuk disebut dengan kekakuan.

Modulus elastisitas adalah ukuran hubungan antara tegangan dan regangan

dalam limit proporsional yang memberikan angka umum untuk menyatakan kekakuan

atau elastis suatu bahan. Semakin besar modulus elastisitas kayu, maka kayu tersebut

semakin kaku.

Istilah getas digunakan untuk mendeskripsikan deformasi yang terjadi sebelum

patah. Dapat diperhatikan bahwa sifat getas ini bukan menyatakan kelemahan.

Sebagai contoh, besi tuang dan kapas adalah bahan yang getas, walaupun besarnya

beban yang dibutuhkan untuk mengakibatkannya hancur sangat berbeda.

Dalam mencari karakteristik kekuatan kayu ada dua cara yang dapat

dilakukan. Pertama, dengan pengujian langsung di lapangan. Kedua, dengan

penelitian. Karena pelaksanaan pengujian di lapangan memerlukan biaya yang besar

maka pengujian dengan penelitian merupakan alternatif pemilihan.

Pada penelitian ada 2 (dua) jenis pengujian yang dapat dilakukan. Pengujian

dengan menggunakan sampel kecil dan pengujian kayu sebagai struktural. Pengujian

dengan menggunakan sampel penting untuk tujuan komparatif, yang memberikan

indikasi bahwa sifat-sifat kekuatan setiap jenis-jenis kayu berbeda. Karena pengujian

dirancang untuk menghindari pengaruh kerusakan lain, sehingga hasilnya tidak

menunjukkan beban aktual yang mampu diterima dan faktor yang harus digunakan

untuk mendapatkan tegangan kerja yang aman. Pengujian kayu dengan bentuk

(36)

dianggap penting karena dapat mengamati kerusakan seperti pecah-pecah. Kelemahan

pada pengujian ini adalah memerlukan biaya yang besar dan pekerjaannya sulit karena

membutuhkan kayu dalam jumlah yang besar dan butuh waktu yang lebih lama.

Selain itu, faktor pemilihan bahan dalam ukuran yang besar dengan kualitas yang

seragam menjadi sangat penting dibandingkan dengan pemilihan sampel dalam

ukuran kecil.

Pengujian dengan menggunakan sampel kecil telah memiliki standar

pengujian. Karena sifat kekuatan kayu sangat dipengaruhi oleh kandungan air,

pengujian dapat dilakukan dalam kondisi terpisah. Pengujian ini dilakukan dengan

menggunakan material kayu yang memiliki kandungan standar. Pengujian dilakukan

pada bahan kering udara dengan kadar air yang diketahui dan angka-angka kekuatan

tersebut dikoreksi terhadap kandungan air standar. Ketelitian dibutuhkan untuk

mengeliminasi faktor-faktor yang dapat membuat variasi sifat kekuatan.

Pengujian dengan sampel kecil dari jenis-jenis kayu yang berbeda-beda kini

telah dilakukan, dan banyak batasan data yang diperoleh. Angka-angka yang

diterbitkan untuk kayu yang berbeda-beda dapat dibandingkan dengan metode

pengujian yang telah distandarkan. Angka-angka ini sendiri dapat dipakai dalam

memperhitungkan tegangan kerja karena faktor koreksi telah diperhitungkan.

Umumnya secara empiris hanya sedikit karakteristik kekuatan kayu yang

diketahui. Sebagai contoh adalah kualitas kayu oak, kayu jati, dan kayu damar sebagai

bahan struktur. Hasil pengujian berdasarkan nilai tegangan dan regangan dari kayu

tersebut. Nilai tegangan diperoleh dari besarnya beban per luas penampang yang

(37)

Penampang Luas

Beban Tegangan(σ)=

Dan regangan didefinisikan sebagai deformasi per ukuran semula yaitu :

Mula Mula

Panjang

Deformasi regangan

− =

) (ε

Ada beberapa jenis tegangan yang dapat dialami oleh suatu material, yaitu

tegangan tekan (Compression Strength), tegangan tarik (Tensile Strength), dan

tegangan lentur (Bending Strength). Pada tegangan tekan, material mengalami tekanan

pada luasan tertentu yang menyebabkan timbulnya tegangan pada material dalam

menahan tekanan tersebut sampai batas keruntuhan dan diambil sebagai nilai

tegangan tekan. Demikian pula dengan tarikan, tegangan tarik timbul akibat adanya

gaya dalam pada material yang berusaha menahan beban tarikan yang terjadi.

Kemampuan maksimum material menahan tarikan adalah sebagai sebagai tegangan

[image:37.595.162.495.488.616.2]

tarik (lihat Gambar II.7).

Gambar II.7 Tegangan tekan dan tegangan tarik

T e k a n a n

T e g . T e k a n

T a r i k a n

(38)

Tegangan yang bekerja :

A

P

_tk _tr

tr tk

) / ( ) /

(

=

σ

Dimana :

σ₍_tk_/_tr₎ = Tegangan tekan/tarik yang terjadi (kg/cm²)

P₍_tk_/_tr₎ = Beban tekan / tarik yang terjadi (kg)

A = Luas penampang yang menerima beban (cm²)

Secara teoritis, semakin ringan kayu maka semakin kurang kekuatannya,

demikian juga sebaliknya. Pada umumnya dapat dikatakan bahwa kayu-kayu yang

berat sekali juga kuat sekali. Kekuatan, kekerasan dan sifat teknik lainnya adalah

berbanding lurus dengan berat jenisnya. Tentunya hal ini tidak terlalu sesuai, karena

susunan dari kayu tidak selalu sama.

II.2.4 Kuat Acuan Berdasarkan Pemilahan Secara Mekanis

Pemilihan secara mekanis untuk mendapatkan modulus elastisitas lentur harus

dilakukan dengan mengikuti standar pemilahan mekanis yang baku. Berdasarkan

modulus elastis lentur yang diperoleh secara mekanis, kuat acuan lainnya dapat

diambil mengikuti tabel II.1. Kuat acuan yang berbeda dengan Tabel II.1 dapat

digunakan apabila ada pembuktian secara eksperimental yang mengikuti

(39)

[image:39.595.82.528.113.492.2]

Tabel II.1 : Nilai kuat acuan (MPa) berdasarkan Aatas pemilahan secara mekanis pada kadar air 15% ( berdasarkan PKKI NI - 5 2002 )

Kode Mutu Ew Fb Ft// Fc// Fv Fc┴

E26 E25 E24 E23 E22 E21 E20 E19 E18 E17 E16 E15 E14 E13 E12 E11 E10 25000 24000 23000 22000 21000 20000 19000 18000 17000 16000 15000 14000 13000 14000 13000 12000 11000 66 62 59 56 54 56 47 44 42 38 35 32 30 27 23 20 18 60 58 56 53 50 47 44 42 39 36 33 31 28 25 22 19 17 46 45 45 43 41 40 39 37 35 34 33 31 30 28 27 25 24 6,6 6,5 6,4 6,2 6,1 5,9 5,8 5,6 5,4 5,4 5,2 5,1 4,9 4,8 4,6 4,5 4,3 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 11 10 9 Dimana :

Ew = Modulus elastis lentur

Fb = Kuat lentur

Ft// = Kuat tarik sejajar serat

Fc// = Kuat tekan sejajar serat

Fv = Kuat Geser

(40)

II.2.5 Kuat Acuan Berdasarkan Pemilihan Secara Visual

Pemilahan secara visual harus mengikuti standar pemilahan secara visual yang

baku. Apabila pemeriksaan visual dilakukan berdasarkan atas pengukuran berat jenis,

maka kuat acuan untuk kayu berserat lurus tanpa cacat dapat dihitung dengan

menggunakan langkah-langkah sebagai berikut :

a. Kerapatan ρ pada kondisi basah (berat dan volume diukur pada kondisi

basah, tetapi kadar airnya lebih kecil dari 30 %) dihitung dengan mengikuti

prosedur baku. Gunakan satuan kg/m³ untuk ρ.

b. Kadar air, m % (m < 30), diukur dengan prosedur baku.

c. Hitung berat jenis pada m % ( G_m ) dengan rumus :

d. G_m =

ρ

/ [1000 (1 + m/100)]

e. Hitung berat jenis dasar ( G_b ) dengan rumus :

f. G_b = G_m/ [1 + 0,265 a G_m] dengan a = (30 – m ) / 30

g. Hitung berat jenis pada kadar air 15 % ( G15 ) dengan rumus :

G15 = Gb / (1 – 0,133 Gb)

h. Hitung estimasi kuat acuan, dengan modulus elastisitas lentur (Ew) = 16500

G0.7, dimana G : Berat jenis kayu pada kadar air 15 % = G 15 .

Untuk kayu dengan serat tidak lurus dan/atau mempunyai cacat kayu, estimasi

nilai modulus elastis lentur acuan pada point f harus direduksi dengan mengikuti

ketentuan pada SNI (Standar Nasional Indonesia) 03-3527-1994 UDC (Universal

Decimal Classification) 691.11 tentang “Mutu Kayu Bangunan“ yaitu dengan

(41)

nilai rasio tahanan yang ada pada Tabel II.2 yang bergantung pada kelas mutu kayu .

[image:41.595.119.477.160.272.2]

Kelas mutu kayu ditetapkan dengan mengacu pada Tabel II.3.

Tabel II.2 : Nilai rasio tahanan

Kelas Mutu Nilai Rasio Tahanan

A B C 0,80 0,63 0,50

Tabel II.3 : Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu

Macam Cacat Kelas Mutu A Kelas Mutu B Kelas Mutu C

Mata kayu :

Terletak di muka lebar Terletak di muka sempit

Retak Pingul Arah serat Saluran Damar Gubal Lubang serangga

Cacat lain (lapuk, hati rapuh, retak melintang)

1/6 lebar kayu 1/8 lebar kayu

1/5 tebal kayu

1/10 tebal atau lebar kayu

1:13

1/5 tebal kayu eksudasi tidak diperkenan Diperkenankan Diperkenankan asal terpencar dan ukuran dibatasai dan tidak ada

tanda-tanda serangga hidup

Tidak diperkenankan

1/6 tebal kayu

1:9

2/5 tebal kayu

Diperkenankan

Diperkenankan asal terpencar

dan ukuran dibatasai dan tidak ada

Tidak diperkenankan

1/2 tebal kayu

1:6

1/2 tebal kayu

Diperkenankan

Diperkenankan asal terpencar dan

ukuran dibatasai dan tidak ada

[image:41.595.100.518.345.734.2]

(42)

II.3 Beton

Beton adalah campuran antara semen portland atau semen hidraulik yang lain,

agregat halus, agregat kasar dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan yang

membentuk masa padat. (SK SNI 03-2847-2002)

Sesuai tingkat mutu beton yang hendak dicapai, komposisi bahan susun beton

harus ditentukan. Banyak metoda yang dapat digunakan untuk menentukan komposisi

bahan susun beton, agar beton yang dihasilkan memberikan kelecakan dan konsistensi

yang memungkinkan beton mudah dikerjakan, ketahanan terhadap kondisi lingkungan

(kedap air, tidak korosif, tahan kebakaran dan lain–lain) serta memenuhi kekuatan

yang direncanakan (Istimawan, 1994).

Kuat tekan beton relatif tinggi dibanding dengan kuat tariknya, yaitu kuat tarik

beton antara 9–15 % kuat tekannya. Selain itu, beton merupakan bahan yang bersifat

getas (Kadir, 2000).

Modulus elastisitas beton berubah-ubah tergantung kepada umur beton,

sifat-sifat dari agregat dan semen, kecepatan pembebanan, jenis dan ukuran dari benda uji.

Selanjutnya, karena beton memperlihatkan deformasi yang tetap (permanent)

sekalipun dengan bahan yang kecil, maka dikenal beberapa macam definisi untuk

modulus elastisitas. Untuk penetapan modulus elastisitas beton, penerapannya

digunakan rumus – rumus empiris yang menyertakan besaran berat disamping kuat

tekan beton. SK SNI 03 – 2847 – 2002 memberikan nilai modulus elastisitas beton

(43)

Kekuatan beton tergantung dari banyak faktor, seperti:

a. Proporsi campuran,

b. Kondisi temperatur dan kelembaban dari tempat dimana campuran

ditempatkan dan mengeras,

c. Jumlah air yang relatif terhadap semen serta cara pengolahannya.

Faktor air semen (fas) sangat mempengaruhi kekuatan beton, fas merupakan

perbandingan antara berat air dengan semen dalam adukan beton. Secara umum

diketahui bahwa semakin rendah perbandingan air–semen, kuat tekan beton semakin

tinggi. Rasio air tertentu diperlukan untuk memberikan aksi kimiawi didalam

pengerasan beton. Kelebihan air meningkatkan kemampuan pengerjaan, akan tetapi

menurunkan kekuatan.

Sebagai bahan konstruksi beton juga memiliki kelebihan dan kekurangan.

Kelebihan beton sebagai bahan konstruksi adalah:

a. kekuatan lawan tekan yang tinggi,

b. dampak terhadap iklim kecil tidak membutuhkan perawatan yang khusus

dapat dibentuk sesuai dengan perencanaan yang diinginkan.

Kekurangannya antara lain:

a. kekuatan terhadap tarik yang relative rendah,

b. relative mahal dalam hal pengadaan,

(44)

II.3.1. Bahan- Bahan Penyusun Beton

II.3.1.1 Semen

Semen merupakan bahan ikat yang penting dan banyak digunakan dalam

pembangunan fisik di sektor konstruksi sipil. Jika ditambah air, semen akan menjadi

pasta semen. Jika ditambah agregat halus, pasta semen akan menjadi mortar,

sedangkan jika digabungkan dengan agregat kasar akan menjadi campuran beton

segar yang setelah mengeras akan menjadi beton keras (hardened concrete).

Fungsi semen ialah untuk mengikat butir-butir agregat hingga membentuk

suatu massa padat dan mengisi rongga-rongga udara di antara butiran agregat.

Semen Portland adalah suatu bahan pengikat hidrolis (hydraulic binder) yang

dihasilkan dengan menggiling klinker yang terdiri dari kalsium silikat hidrolik, yang

umumnya mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan

yang digiling bersama-sama dengan bahan utamanya.

Semen Portland yang digunakan di Indonesia harus memenuhi syarat

SII.0013-81 atau Standar Uji Bahan Bangunan Indonesia 1986, dan harus memenuhi

persyaratan yang ditetapkan dalam standar tersebut (PB.1982:3.2-8). Semen yang

digunakan untuk pekerjaan beton harus disesuaikan dengan rencana kekuatan dan

spesifikasi teknik yang diberikan (Tri Mulyono, 2004).

Menurut SNI 03-2847-2002, semen portland diklasifikasikan dalam lima jenis,

yaitu :

1. Tipe I, semen portland yang dalam penggunaannya tidak memerlukan

(45)

bangunan-bangunan umum yang tidak memerlukan persyaratan

khusus.

2. Tipe II, semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan

ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang. Digunakan untuk

konstruksi bangunan dan beton yang terus-menerus berhubungan

dengan air kotor atau air tanah atau untuk pondasi yang tertahan di

dalam tanah yang mengandung air agresif (garam-garam sulfat) dan

saluran air buangan atau bangunan yang berhubungan langsung dengan

rawa.

3. Tipe III, semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan

kekuatan awal yang tinggi dalam fase permulaan setelah pengikatan

terjadi. Semen jenis ini digunakan pada daerah yang bertemperatur

rendah, terutama pada daerah yang mempunyai musim dingin (winter

season).

4. Tipe IV, semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan

panas hidrasi yang rendah. Digunakan untuk pekerjaan-pekarjaan yang

besar dan masif, umpamanya untuk pekerjaan bendung, pondasi

berukuran besar atau pekerjaan besar lainnya.

5. Tipe V, semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan

ketahanan yang tinggi terhadap sulfat. Digunakan untuk bangunan

yang berhubungan dengan air laut, air buangan industri, bangunan

yang terkena pengaruh gas atau uap kimia yang agresif serta untuk

bangunan yang berhubungan dengan air tanah yang mengandung sulfat

(46)

II.3.1.2 Agregat

Agregat ialah butiran mineral alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi

dalam campuran beton. Kandungan agregat dalam campuran beton biasanya sangat

tinggi, yaitu berkisar 60% - 70% dari volume beton. Walaupun fungsinya hanya

sebagai pengisi, tetapi karena komposisinya yang cukup besar sehingga karakteristik

dan sifat agregat memiliki pengaruh langsung terhadap sifat-sifat beton.

Dalam SNI 03-2847-2002 agregat didefinisikan sebagai material granuler,

misalnya pasir, kerikil, batu pecah dan kerak tungku besi yang dipakai bersama–sama

dengan media pengikat untuk membentuk semen hidrolik atau adukan.

Agregat dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu agregat alam dan agregat

buatan (pecahan). Secara umum agregat dapat dibedakan menjadi dua golongan yaitu

agregat kasar dan agregat halus.

1. Agregat Halus

Agregat halus (pasir) adalah mineral alami yang berfungsi sebagai

bahan pengisi dalam campuran beton yang memiliki ukuran butiran kurang

dari 5 mm atau lolos saringan no.4 dan tertahan pada saringan no.200. Agregat

halus (pasir) berasal dari hasil disintegrasi alami dari batuan alam atau pasir

buatan yang dihasilkan dari alat pemecah batu (stone crusher).

2. Agregat Kasar

Agregat kasar (kerikil/batu pecah) berasal dari disintegrasi alami dari

batuan alam atau berupa batu pecah yang dihasilkan oleh alat pemecah batu

(stone crusher), dengan ukuran butiran lebih dari 5 mm atau tertahan pada

(47)

Agregat yang digunakan dalam campuran beton biasanya berukuran lebih

kecil dari 40 mm. Agregat yang ukurannya lebih besar dari 40 mm digunakan untuk

pekerjaan sipil lainnya, misalnya untuk pekerjaan jalan, tanggul-tanggul penahan

tanah, bronjong atau bendungan dan lainnya. Agregat halus biasanya dinamakan pasir

dan agregat kasar dinamakan kerikil, kricak, batu pecah atau split.

II.3.1.3 Air

Air merupakan bahan dasar pembuat beton yang penting. Di dalam

campuran beton, air mempunyai dua buah fungsi, yang pertama, untuk

memungkinkan reaksi kimia yang menyebabkan pengikatan dan berlangsungnya

pengerasan, dan yang kedua, sebagai bahan pelumas antar butir-butir agregat agar

mudah dikerjakan dan dipadatkan.

Kandungan air yang rendah menyebabkan beton sulit dikerjakan (tidak mudah

mengalir), dan kandungan air yang tinggi menyebabkan kekuatan beton akan rendah

serta betonnya porous. Selain itu kelebihan air akan bersama-sama dengan semen

bergerak kepermukaan adukan beton segar yang baru dituang (bleeding), kemudian

menjadi buih dan membentuk lapisan tipis yang dikenal dengan laitance (selaput

tipis). Selaput tipis ini akan mengurangi daya lekat antara lapisan beton dan

merupakan bidang sambung yang lemah. Apabila ada kebocoran cetakan, air

bersama-sama semen juga dapat keluar, sehingga terjadilah sarang-sarang kerikil.

Selain dari jumlah air, kualitas air juga harus dipertahankan. Karena kotoran

yang ada di dalamnya dapat menyebabkan kekuatan beton dan daya tahannya

berkurang. Pengaruh pada beton diantaranya pada lamanya waktu ikatan awal adukan

(48)

Air yang digunakan sebagai campuran harus bersih, tidak boleh mengandung

minyak, asam, alkali, zat organis atau bahan lainnya yang dapat merusak beton. Air

yang memenuhi persyaratan sebagai air minum memenuhi syarat pula untuk bahan

campuran beton, tetapi tidak berarti air pencampur beton harus memenuhi standar

persyaratan air minum.

Dalam pemakaian air untuk beton sebaiknya air memenuhi syarat sebagai

berikut :

a. Tidak mengandung lumpur (benda melayang lainnya) lebih dari 2

gram/liter,

b. Tidak mengandung garam-garam yang dapat merusak beton (asam, zat

organik, dan sebagainya) lebih dari 15 gram/liter,

c. Tidak mengandung klorida (Cl) lebih dari 0,5 gram/liter,

d. Tidak mengandung senyawa sulfat lebih dari 1 gram/liter.

II.3.2. Sifat – Sifat Beton

Dalam pengerjaan beton segar, sifat yang sangat penting harus diperhatikan

adalah kelecakan. Kelecakan adalah kemudahan pengerjaan beton, dimana pada

penuangan (placing) dan memadatkan (compacting) tidak menyebabkan munculnya

efek negatif berupa pemisahan (segregation) dan pendarahan (bleeding).

Istilah kelecakan (workability) dapat didefinisikan dari tiga sifat sebagai

(49)

a. Kompaktibilitas yaitu kemudahan dimana beton dapat dipadatkan dan

mengeluarkan rongga – rongga udara,

b. Mobilitas yaitu kemudahan dimana beton dapat mengalir ke dalam

cetakan dan membungkus tulangan,

c. Stabilitas yaitu kemampuan beton untuk tetap menjadi massa

homogen tanpa pemisahan selama dikerjakan.

Pada adukan yang tidak stabil, air dapat terpisah dari benda padat, kemudian

naik ke permukaan. Fenomena ini disebut pendarahan (bleeding). Sebaliknya, agregat

kasar bisa terpisah dari mortar. Sedangkan fenomena ini disebut pemisahan

(segregation).

II.3.2.1. Kuat Tekan

Karena beton mempunyai sifat yang kuat terhadap tekan dan mempunyai sifat

yang relatif rendah terhadap tarik maka pada umumnya beton hanya diperhitungkan

mempunyai kerja yang baik di daerah tekan pada penampangnya dan hubungan

regangan-regangan yang timbul karena pengaruh pengaruh gaya tekan tersebut

digunakan sebagai dasar pertimbangan.

Nilai dari kuat tekan beton diwakili oleh tegangan tekan maksimum fc’ dengan

satuan N/mm2 atau MPa (Mega Pascal). Kuat tekan beton umur 28 hari berkisar

antara nilai ± 10 – 65 MPa. Untuk struktur beton bertulang pada umumnya

(50)

Nilai dari kuat tekan beton ditentukan dari tegangan tekan tertinggi (fc’) yang

dicapai benda uji umur 28 hari akibat beban tekan selama percobaan. Dengan

demikian, seperti tampak pada gambar, harap dicatat bahwa tegangan fc’ bukanlah

tegangan yang timbul pada saat benda uji hancur melainkan tegangan maksimum pada

saat regangan beton (εb) mencapai nilai ± 0,002. Kurva-kurva pada Gambar II.8

memperlihatkan hasil percobaan kuat tekan benda uji beton berumur 28 hari untuk

[image:50.595.122.435.296.522.2]

berbagai macam adukan rencana.

Gambar II.8 Diagram Tegangan-Regangan Batang Tulangan Baja Terhadap Kuat Tekan Beton [Dipohusodo, 1999]

Secara umum kemiringan kurva regangan-regangan pada tahap awal

menggambarkan nilai modulus elastis suatu bahan. Dengan mengamati bermacam

kurva tegangan-regangan kuat beton berbeda, tampak bahwa umumnya kuat tekan

(51)

sampai benda uji hancur pada nilai ε’ mencapai 0,003 – 0,005. Beton kuat tinggi lebih

getas dan akan hancur pada nilai regangan maksimum yang lebih rendah

dibandingkan dengan beton kuat rendah. Pada SK SNI 03-2847-2002 pasal 12.2.3

menetapkan bahwa regangan kerja maksimum yang diperhitungkan di serat tepi beton

tekan terluar adalah 0,003-0,0035 sebagai batas hancur. Regangan maksimum tersebut

boleh jadi tidak konservatif untuk beton mutu tinggi dengan nilai fc’ antara 55-80

Mpa.

Kuat tekan dari beton dipengaruhi oleh sejumlah faktor, selain oleh

perbandingan air – semen dan tingkat pemadatannya. Faktor – faktor penting lainnya,

yaitu :

1. Jenis semen dan kualitasnya, mempengaruhi kekuatan rata – rata dan

kuat batas beton,

2. Perawatan (curing), kehilangan kekuatan sampai 40 % dapat terjadi

bila pengeringan diadakan sebelum waktunya,

3. Suhu, pada umumnya kecepatan pengerasan beton bertambah dengan

bertambahnya suhu. Pada titik beku kuat hancur akan tetap rendah

untuk waktu yang lama,

4. Umur, pada keadaan yang normal kekuatan beton bertambah dengan

umurnya. Kecepatan bertambahnya kekuatan tergantung pada jenis

semen. Misalnya dengan kadar alumina yang tinggi menghasilkan

beton yang kuat hancurnya pada 24 jam sama dengan Semen Portland

biasa pada umur 28 hari. pengerasan berlangsung terus secara lambat

(52)

II.3.2.2 Modulus Elastisitas Beton

Sesuai dengan SK SNI 03-2847-2002 pasal 10.5.1 digunakan rumus modulus

elastisitas beton sebagai berikut :

' 0043

,

0 w1,50 fc

Ec= c

dimana, Ec = modulus elastisitas beton tekan (MPa)

w = berat isi beton (kg/m_c 3)

fc’ = kuat tekan beton (MPa)

Rumus empiris tersebut hanya berlaku untuk beton dengan berat isi berkisar

antara 1500 dan 2500 kg/m3. Untuk beton kepadatan normal dengan berat isi ± 23

kN/m3 dapat digunakan nilai :

' 700 .

4 fc

E_c=

Pada umumnya nilai kuat maksimum untuk mutu beton tertentu akan

berkurang pada tingkat pembebanan yang lebih lamban atau slower rates of strain.

Nilai kuat beton beragam sesuai dengan umurnya dan biasanya nilai kuat beton

ditentukan pada waktu beton mencapai umur 28 hari setelah pengecoran. Umumnya

pada umur 7 hari kuat beton mencapai 70 % dan pada umur 14 hari mencapai 85 % -

90 % dari kuat beton umur 28 hari. Pada kondisi pembebanan tekan tertentu beton

(53)

II.3.2.3. Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik beton seringkali diukur berdasarkan modulus tarik (modulus of

rupture), yaitu tegangan tarik lentur dari beton silinder 6 inci. Nilai ini sedikit lebih

besar dari nilai tarik sesungguhnya. Tetapi saat ini lebih sering ditentukan oleh

kekuatan belah silinder beton. Dalam SK SNI 03-2847-2002 ditetapkan bahwa

besarnya modulus tarik mengikuti rumus :

Fr = 0,70 f '_c untuk beton normal

Dengan Ec dan f’c dalam Mpa. Harga ini harus dikalikan faktor 0,75 untuk

beton ringan total dan 0,85 untuk beton ringan berpasir.

Dari berbagai hasil percobaan terlihat bahwa kekuatan tarik beton sangat kecil

dibandingkan kekuatan tekannya, sehingga dalam analisis atau desain kekuatan tarik

beton diabaikan, dan beton dianggap hanya dapat menahan gaya tekan. Gaya tarik

yang timbul seluruhnya ditahan oleh baja tulangan.

II.4 Konstruksi Komposit.

Komposit secara sederhana didefenisikan sebagai gabungan dari dua macam

atau lebih bahan bangunan yang modulus elastisnya berbeda digabungkan sedemikian

rupa, sehingga bekerja sama memikul beban yang bekerja sehingga