PEMODELAN ELEMEN HIN
RUMAH ADAT TRADISION
I Ketut Suwantara
1
Balai Pengembangan Teknologi Perumahan Tradisional Denpasar, Badan Litbang,
Jl. Danau Tamblingan 49, Sanur, Denpasar, Bali, E
2Jurusan Teknik Sipil, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Suria Sumantri 65, Bandung, Jawa Barat
Rumah tradisional Ammu Hawu
diletakkan di atas batu, dimana batu berperan sebagai pondasi (di terbuat dari kayu lontar (borassus flabellifer
kinerja rumah Ammu Hawu
penelitian ini adalah mengevaluasi koefisien friksi antara permukaan penampang kayu terhadap permukaan batu. Analisis dengan menggunakan metode elemen hingga nonlini
mempelajari perilaku kontak antara kedua permukaan tersebut. Batu dimodelkan dengan kondisi
rigid body sedangkan tiang kayu dimodelkan sebagai elemen dengan properti material ortotropik
plastik. Simulasi dilakukan dengan menggunakan mode
bagian ujung atas tiang kayu dan beban lateral bertahap pada salah satu sisi bagian bawah tiang. Sebagai validasi dari hasil yang diperoleh, maka dilakukan pengujian eksperimental di laboratorium dengan model 3 (tiga) buah benda uji geser
penelitian eksperimental memperlihatkan bahwa nilai koefisien friksi yang diperoleh adalah sebesar 0,35. Hasil simulasi numerikal memperlihatkan bahwa kurva hubungan antara be
deformasi (pada rentang beban elastik) mempunyai trend yang mirip dengan hasil pengujian eksperimental. Penelitian ini memberikan hasil berupa nilai koefisien friksi antara kayu Lontar dengan batu, yang mana merupakan salah satu parame
memprediksi kinerja struktur rumah
Kata kunci: metode elemen hingga, friksi, ortotropik,
1.
PENDAHULUAN
Sabu merupakan pulau kecil (lihat Gambar 1) yang terletak di Provinsi Nusa Tenggara Timur (NTT), Indonesia. Di pulau Sabu banyak tumbuh subur pohon Lontar (
dimanfaatkan oleh masyarakat setempat untuk berbagai keperluan
dimanfaatkan sebagai bahan komponen struktur utama penyusun rumah tradisional “Ammu Hawu”, serta daun Lontar dimanfaatkan sebagai komponen penyusun atap rumah tradisional
kurang-lebih 10 tahun.
Gambar 1.
PEMODELAN ELEMEN HINGGA NONLINIER TUMPUAN TIANG
RUMAH ADAT TRADISIONAL AMMU HAWU
(210S)
I Ketut Suwantara1, Yosafat Aji Pranata2
Balai Pengembangan Teknologi Perumahan Tradisional Denpasar, Pusat Litbang Permukiman, Badan Litbang, Kementerian Pekerjaan Umum,
Tamblingan 49, Sanur, Denpasar, Bali, E-mail: tara_iwan@yahoo.com
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Suria Sumantri 65, Bandung, Jawa Barat E-mail: yosafat.ap@gmail.com
ABSTRAK
Ammu Hawu menggunakan tiang-tiang utama berbentuk lingkaran, yang
atas batu, dimana batu berperan sebagai pondasi (di atas tanah). Rumah Ammu Hawu
borassus flabellifer). Friksi merupakan parameter penting berkaitan dengan Ammu Hawu terhadap beban lateral, dalam hal ini adalah beban gempa. Tujuan dari
ini adalah mengevaluasi koefisien friksi antara permukaan penampang kayu terhadap permukaan batu. Analisis dengan menggunakan metode elemen hingga nonlinier digunakan untuk mempelajari perilaku kontak antara kedua permukaan tersebut. Batu dimodelkan dengan kondisi sedangkan tiang kayu dimodelkan sebagai elemen dengan properti material ortotropik plastik. Simulasi dilakukan dengan menggunakan model beban aksial konstan yang dikenakan pada bagian ujung atas tiang kayu dan beban lateral bertahap pada salah satu sisi bagian bawah tiang. Sebagai validasi dari hasil yang diperoleh, maka dilakukan pengujian eksperimental di laboratorium iga) buah benda uji geser-friksi untuk mendapatkan data dan fakta empiris. Hasil penelitian eksperimental memperlihatkan bahwa nilai koefisien friksi yang diperoleh adalah sebesar 0,35. Hasil simulasi numerikal memperlihatkan bahwa kurva hubungan antara beban lateral terhadap deformasi (pada rentang beban elastik) mempunyai trend yang mirip dengan hasil pengujian eksperimental. Penelitian ini memberikan hasil berupa nilai koefisien friksi antara kayu Lontar dengan batu, yang mana merupakan salah satu parameter penting yang dapat digunakan untuk memprediksi kinerja struktur rumah tradisional Ammu Hawu.
metode elemen hingga, friksi, ortotropik, borassus flabellifer, von Mises
ulau kecil (lihat Gambar 1) yang terletak di Provinsi Nusa Tenggara Timur (NTT), Indonesia. Di pulau Sabu banyak tumbuh subur pohon Lontar (borassus flabellifer). Semua bagian dari pohon Lontar dimanfaatkan oleh masyarakat setempat untuk berbagai keperluan. Buah Lontar dapat dimakan, kayu Lontar dapat dimanfaatkan sebagai bahan komponen struktur utama penyusun rumah tradisional “Ammu Hawu”, serta daun Lontar dimanfaatkan sebagai komponen penyusun atap rumah tradisional yang mampu bertahan u
Gambar 1. Peta Nusa Tenggara Timur (NTT), Indonesia
NONLINIER TUMPUAN TIANG-PONDASI
AL AMMU HAWU
Pusat Litbang Permukiman, mail: tara_iwan@yahoo.com
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Suria Sumantri 65, Bandung, Jawa Barat
tiang utama berbentuk lingkaran, yang atas tanah). Rumah Ammu Hawu ). Friksi merupakan parameter penting berkaitan dengan terhadap beban lateral, dalam hal ini adalah beban gempa. Tujuan dari ini adalah mengevaluasi koefisien friksi antara permukaan penampang kayu terhadap permukaan batu. Analisis dengan menggunakan metode elemen hingga nonlinier digunakan untuk mempelajari perilaku kontak antara kedua permukaan tersebut. Batu dimodelkan dengan kondisi sedangkan tiang kayu dimodelkan sebagai elemen dengan properti material ortotropik l beban aksial konstan yang dikenakan pada bagian ujung atas tiang kayu dan beban lateral bertahap pada salah satu sisi bagian bawah tiang. Sebagai validasi dari hasil yang diperoleh, maka dilakukan pengujian eksperimental di laboratorium friksi untuk mendapatkan data dan fakta empiris. Hasil penelitian eksperimental memperlihatkan bahwa nilai koefisien friksi yang diperoleh adalah sebesar 0,35. Hasil simulasi numerikal memperlihatkan bahwa kurva hubungan antara beban lateral terhadap deformasi (pada rentang beban elastik) mempunyai trend yang mirip dengan hasil pengujian eksperimental. Penelitian ini memberikan hasil berupa nilai koefisien friksi antara kayu Lontar ter penting yang dapat digunakan untuk
, von Mises
ulau kecil (lihat Gambar 1) yang terletak di Provinsi Nusa Tenggara Timur (NTT), Indonesia. Di ). Semua bagian dari pohon Lontar . Buah Lontar dapat dimakan, kayu Lontar dapat dimanfaatkan sebagai bahan komponen struktur utama penyusun rumah tradisional “Ammu Hawu”, serta daun yang mampu bertahan untuk kurun waktu
Kayu Lontar digunakan sebagai material penyusun komponen struktur utama rumah tradisonal Ammu Hawu, yaitu balok (tukki ae/tukki atta), kolom (gari ae/gari teru duru)
sejarah membuktikan bahwa rumah tradisional ini aman terhadap beban gempa, karena selama kurun waktu kurang lebih 20 tahun terakhir, jika terjadi gempa, rumah tradional Ammu Hawu tidak mengalami kerusakan struk berarti.
Gambar 2.
Rumah tradisional Ammu Hawu menggunakan tiang
batu. Gambar 3 dan Gambar 4 memperlihatkan kondisi tiang
Nilai koefisien friksi dalam hal ini merupakan parameter penting berkaitan dengan kinerja struktur bangunan rumah terhadap beban lateral gempa.
Gambar 3. Model tumpuan unik rumah tradisional Ammu Hawu
Gambar 4.
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan evaluasi dan verifikasi koefisien friksi dari permukaan kayu Lontar dengan permukaan batu. Penelitian dilakukan dengan menggunakan analisis elemen hingga nonlinier untuk mempelajari perilaku kontak yang terjadi antara kayu dengan batu. Batu dimodelkan sebagai
tiang kayu Lontar dimodelkan sebagai elemen solid 2D dengan tipe material ortrotropik plastic. Simulasi dilakukan dengan mengaplikasikan beban aksial konstan pada ujung atas tiang, serta beban lateral (inkremental bertahap) pada ujung bawah atau dasar tiang. Kondisi ini menyesuaikan pembebanan yang sebenarnya dari benda uji yang di laboratorium. Untuk mempelajari validitas hasil pemodelan num
eksperimental di laboratorium dengan jumlah benda uji 3 (tiga) geser ditampilkan pada Gambar 6 dan Gambar 7.
Model material ortrotopik inelastik merupakan perluas
leleh Hill (Chen and Han, 2007). Properti mekanis kayu Lontar yang diperlukan berkaitan dengan hal ini, didapat Kayu Lontar digunakan sebagai material penyusun komponen struktur utama rumah tradisonal Ammu Hawu, yaitu (gari ae/gari teru duru), papan lantai, maupun balok penyusun rangka atap. Fakta sejarah membuktikan bahwa rumah tradisional ini aman terhadap beban gempa, karena selama kurun waktu kurang lebih 20 tahun terakhir, jika terjadi gempa, rumah tradional Ammu Hawu tidak mengalami kerusakan struk
Gambar 2. Rumah adat tradisional Ammu Hawu
Rumah tradisional Ammu Hawu menggunakan tiang-tiang utama berupa kolom silidris, yang diletakkan di batu. Gambar 3 dan Gambar 4 memperlihatkan kondisi tiang-tiang yang diletakkan di atas
Nilai koefisien friksi dalam hal ini merupakan parameter penting berkaitan dengan kinerja struktur bangunan rumah
Gambar 3. Model tumpuan unik rumah tradisional Ammu Hawu
Gambar 4. Tiang kayu yang diletakkan diatas batu
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan evaluasi dan verifikasi koefisien friksi dari permukaan kayu Lontar dengan permukaan batu. Penelitian dilakukan dengan menggunakan analisis elemen hingga nonlinier untuk
mpelajari perilaku kontak yang terjadi antara kayu dengan batu. Batu dimodelkan sebagai
tiang kayu Lontar dimodelkan sebagai elemen solid 2D dengan tipe material ortrotropik plastic. Simulasi dilakukan ial konstan pada ujung atas tiang, serta beban lateral (inkremental bertahap) pada ujung bawah atau dasar tiang. Kondisi ini menyesuaikan pembebanan yang sebenarnya dari benda uji yang di laboratorium. Untuk mempelajari validitas hasil pemodelan numerical ini, maka digunakan acuan hasil pengujian eksperimental di laboratorium dengan jumlah benda uji 3 (tiga) geser-friksi. Detail tiap-tiap benda uji tersebut ditampilkan pada Gambar 6 dan Gambar 7.
Model material ortrotopik inelastik merupakan perluasan dari kriteria leleh von Mises, yaitu disebut pula kriteria leleh Hill (Chen and Han, 2007). Properti mekanis kayu Lontar yang diperlukan berkaitan dengan hal ini, didapat Kayu Lontar digunakan sebagai material penyusun komponen struktur utama rumah tradisonal Ammu Hawu, yaitu tai, maupun balok penyusun rangka atap. Fakta sejarah membuktikan bahwa rumah tradisional ini aman terhadap beban gempa, karena selama kurun waktu kurang-lebih 20 tahun terakhir, jika terjadi gempa, rumah tradional Ammu Hawu tidak mengalami kerusakan struktur yang
, yang diletakkan di atas atas batu (tidak ditanam). Nilai koefisien friksi dalam hal ini merupakan parameter penting berkaitan dengan kinerja struktur bangunan rumah
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan evaluasi dan verifikasi koefisien friksi dari permukaan kayu Lontar dengan permukaan batu. Penelitian dilakukan dengan menggunakan analisis elemen hingga nonlinier untuk mpelajari perilaku kontak yang terjadi antara kayu dengan batu. Batu dimodelkan sebagai rigid body, sedangkan tiang kayu Lontar dimodelkan sebagai elemen solid 2D dengan tipe material ortrotropik plastic. Simulasi dilakukan ial konstan pada ujung atas tiang, serta beban lateral (inkremental bertahap) pada ujung bawah atau dasar tiang. Kondisi ini menyesuaikan pembebanan yang sebenarnya dari benda uji yang di-tes di erical ini, maka digunakan acuan hasil pengujian friksi. Detail tiap-tiap benda uji tersebut
an dari kriteria leleh von Mises, yaitu disebut pula kriteria leleh Hill (Chen and Han, 2007). Properti mekanis kayu Lontar yang diperlukan berkaitan dengan hal ini, didapat
dari pengujian clear specimen tests sesuai pedoman pengujian sifat mekanis kayu berdasarkan peraturan ASTM D143 (ASTM, 2008). Penelitian dalam tulisan ini merupakan bagian dari penelitian untuk mempelajari kinerja struktur rumah adapt tradisional Ammu Hawu.
2.
TINJAUAN LITERATUR
a. Material Ortotropik
Kayu merupakan material dimana secara mikrostruktur diasumsikan homogen, sehingga hubungan konstitutif dari material ortotropik elastic linier dapat dilihat pada Persamaan 1, berdasarkan hukum Hooke.
RL TL L R T LR TR L L R T L R LT RT R T L R T T RT RT RT LT LT LR LR LT LR -ν -ν 1 0 0 0 E E E -ν 1 -ν 0 0 0 ε E E E σ ε -ν -ν 1 σ 0 0 0 ε E E E σ = γ 1 τ 0 0 0 0 0 G γ τ 1 γ τ 0 0 0 0 0 G 1 0 0 0 0 0 G ) * * * * ! , *! , $ $ *$ $ $ $ *$ $ $ $ $ $ $ $ *$ $ " - *" -$ $ *$ $ $ $ *$ $ $ $ *$ $ $ $ $ $ # . *# . * * * *+ (1)
Untuk kondisi nonlinier inelastik berdasarkan kriteria leleh Hill (Chen and Han, 2007) menyatakan bahwa kegagalan material akan terjadi jika,
2 2 2 2 2 2 ij bb cc cc aa aa bb ab f σ =F σ -σ +G σ -σ +H σ -σ +2Lσ 2Mσac2Nσbc 1 0 (2) dimana, 2 2 2 1 1 1 1 F= + -2 Y Z X & ' ( (3.a) 2 2 2 1 1 1 1 G= + -2 Z X Y & ' ( (3.b) 2 2 2 1 1 1 1 H= + -2 X Y Z & ' ( (3.c) 2 ab 1 L= 2Y (3.d) 2 ac 1 M= 2Y (3.e) 2 bc 1 N= 2Y (3.f)
a, b, c adalah tiga sumbu utama material. X, Y, Z tegangan-tegangan leleh (normal) pada masing-masing arah utama a, b, c dan Yab, Yac, Ybc adalah tegangan-tegangan leleh (geser) pada bidang (a,b), (a,c), dan (b,c). Kriteria pasca
leleh (hardening rule) menggunakan dasar teori hubungan antara tegangan leleh dan remangan efektif akumulatif (Kojić and Bathe, 2003).
b. Metode Elemen Hingga Nonlinier
Fitur utama yang digunakan pada pemodelan numerical adalah pemodelan material ortrotropik inelastic dan problem kontak antara permukaan kayu dengan batu. Kurva hubungan tegangan-regangan nonlinier pada arah ketiga sumbu utama material diperlukan. Sumbu longitudinal dinamakan arah sejajar serat kayu, sedangkan sumbu radial dan
sumbu tangensial dinamakan arah tegaklurus serat kayu. Model elemen kayu dalam penelitian ini menggunakan tipe elemen tetrahedral dengan 10 (sepuluh) titik nodal (
Kondisi kontak dapat digunakan untuk memodelkan kontak yang terjadi antara dua permukaan. Masing permukaan mempunyai 1 (satu) bidang kontak. Skematik pemodelan problem kontak ditampilkan pada Gambar 5
&$ *(!%&%#!%! ( ($+"%! % %*( *"&%*" Solusi nonlinier menggunakan prosedur iterative
inkremen berbasis pada pada metode Modified Newton (Koji
pada tiap iterasi. Iterasi berhenti ketika terjadi konvergensi yang berbasis pada kriteria enerji. Algoritma yang digunakan adalah sebagai berikut (Persamaan 4 dan Persamaan 5),
τ (i) t+Δt t+Δt (i-1)
KΔU = R- F
t+Δt (i) t+Δt (i-1) (i) (i) U = U +β ΔU
dimana τK matrik kekakuan tangent pada saat waktu diaplikasikan pada pada detik/waktu ke
tegangan elemen akibat vektor deformasi
adalah faktor akselerasi yang diperoleh dengan metode
c. Koefisien Friksi
Friksi merupakan tahanan gaya terhadap gerakan relative antara dua permukaan
bergesekan satu dengan yang lain Hubungan antara berat/gaya aksial/normal dari benda yang bergesekan dan nil gaya friksi untuk menahan gesekan diasumsikan konstan. Koefisien friksi dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 6 (Hibbeler, 2007; Lee, 2000), dimana μ adalah koefisien friksi, N gaya normal/aksial, dan F adalah friksi/gaya lateral.
F
μ=
N
Koefisien friksi adalah tanpa dimensi (skalar), dengan kata lain yaitu rasio antara gaya friksi antara d permukaan terhadap gaya aksial. Koefisien friksi tergantung dari material kedua benda tersebut.
3.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
a. Pengujian Eksperimental di Laboratorium
Pengujian eksperimental menggunakan
pengujian geser-friksi selengkapnya ditampilkan pada Gambar 6 dan Gambar 8 (tiga benda uji), sedangkan detail benda uji dapat dilihat pada Gambar 7. Metode pembebanan yang digunakan mengg
dengan tipe pembebanan monotonik. Kecepatan pembebanan adalah sangat lamba
diabaikan. Tiang/kolom dan batu diletakkan sesuai kondisi sebenarnya di lapangan (berdasarkan referensi kondisi rumah adat tradisional Ammu Hawu). Gaya aksial konstan diaplikasikan pada ujung atas kolom dan gaya lateral bertahap (inkremental) diaplikasikan pada salah satu sisi bagian bawah kolom. Metode pengujian ini bersifat tidak merusak (non-destructive test) sehingga tiap bend
kN, 20 kN, dan 30 kN. Gambar 9 memperlihatkan hasil pengujian yaitu kurva hubungan gaya lateral dan peralihan lateral.
sumbu tangensial dinamakan arah tegaklurus serat kayu. Model elemen kayu dalam penelitian ini menggunakan tipe elemen tetrahedral dengan 10 (sepuluh) titik nodal (Kojić and Bathe, 2003).
Kondisi kontak dapat digunakan untuk memodelkan kontak yang terjadi antara dua permukaan. Masing permukaan mempunyai 1 (satu) bidang kontak. Skematik pemodelan problem kontak ditampilkan pada Gambar 5
&$ *(!%&%#!%! ( ($+"%! % %*( *"&%*"
Solusi nonlinier menggunakan prosedur iterative-inkremental, dimana keseimbangan dari iterasi untuk tiap inkremen berbasis pada pada metode Modified Newton (Kojić and Bathe, 2003) dimana matrik kekaku
pada tiap iterasi. Iterasi berhenti ketika terjadi konvergensi yang berbasis pada kriteria enerji. Algoritma yang digunakan adalah sebagai berikut (Persamaan 4 dan Persamaan 5),
matrik kekakuan tangent pada saat waktu τ, dimana τ ≤ t ; t+ΔtR adalah vektor
diaplikasikan pada pada detik/waktu ke t + Δt;t+ΔtF(i-1)adalah gaya titik nodal konsisten berkaitan dengan tegangan deformasit+ΔtU(i-1); ΔU(i)adalah vektor deformasi incremental pada iterasi (
adalah faktor akselerasi yang diperoleh dengan metode line search.
Friksi merupakan tahanan gaya terhadap gerakan relative antara dua permukaan dari dua buah material yang bergesekan satu dengan yang lain Hubungan antara berat/gaya aksial/normal dari benda yang bergesekan dan nil gaya friksi untuk menahan gesekan diasumsikan konstan. Koefisien friksi dapat dihitung dengan menggunakan
(Hibbeler, 2007; Lee, 2000), dimana μ adalah koefisien friksi, N gaya normal/aksial, dan F adalah
Koefisien friksi adalah tanpa dimensi (skalar), dengan kata lain yaitu rasio antara gaya friksi antara d Koefisien friksi tergantung dari material kedua benda tersebut.
PEMBAHASAN
a. Pengujian Eksperimental di Laboratorium
Pengujian eksperimental menggunakan load cell dan hidroulick jack yang direkayasa dengan
friksi selengkapnya ditampilkan pada Gambar 6 dan Gambar 8 (tiga benda uji), sedangkan detail benda uji dapat dilihat pada Gambar 7. Metode pembebanan yang digunakan menggunakan kontrol peralihan dengan tipe pembebanan monotonik. Kecepatan pembebanan adalah sangat lambat sehingga efek dinamik dapat diabaikan. Tiang/kolom dan batu diletakkan sesuai kondisi sebenarnya di lapangan (berdasarkan referensi kondisi isional Ammu Hawu). Gaya aksial konstan diaplikasikan pada ujung atas kolom dan gaya lateral bertahap (inkremental) diaplikasikan pada salah satu sisi bagian bawah kolom. Metode pengujian ini bersifat tidak ) sehingga tiap benda uji di-tes tiga kali dengan masing-masing variasi beban aksial 10 kN, 20 kN, dan 30 kN. Gambar 9 memperlihatkan hasil pengujian yaitu kurva hubungan gaya lateral dan peralihan sumbu tangensial dinamakan arah tegaklurus serat kayu. Model elemen kayu dalam penelitian ini menggunakan tipe
Kondisi kontak dapat digunakan untuk memodelkan kontak yang terjadi antara dua permukaan. Masing-masing permukaan mempunyai 1 (satu) bidang kontak. Skematik pemodelan problem kontak ditampilkan pada Gambar 5
&$ *(!%&%#!%! ( ($+"%! % %*( *"&%*"
inkremental, dimana keseimbangan dari iterasi untuk tiap ) dimana matrik kekakuan di-update pada tiap iterasi. Iterasi berhenti ketika terjadi konvergensi yang berbasis pada kriteria enerji. Algoritma yang
(4)
(5) vektor beban eksternal yang adalah gaya titik nodal konsisten berkaitan dengan tegangan-adalah vektor deformasi incremental pada iterasi (i) dan β(i)
dari dua buah material yang bergesekan satu dengan yang lain Hubungan antara berat/gaya aksial/normal dari benda yang bergesekan dan nilai gaya friksi untuk menahan gesekan diasumsikan konstan. Koefisien friksi dapat dihitung dengan menggunakan (Hibbeler, 2007; Lee, 2000), dimana μ adalah koefisien friksi, N gaya normal/aksial, dan F adalah
(6)
Koefisien friksi adalah tanpa dimensi (skalar), dengan kata lain yaitu rasio antara gaya friksi antara dua benda/dua Koefisien friksi tergantung dari material kedua benda tersebut.
load cell dan hidroulick jack yang direkayasa dengan skematik proses friksi selengkapnya ditampilkan pada Gambar 6 dan Gambar 8 (tiga benda uji), sedangkan detail unakan kontrol peralihan sehingga efek dinamik dapat diabaikan. Tiang/kolom dan batu diletakkan sesuai kondisi sebenarnya di lapangan (berdasarkan referensi kondisi isional Ammu Hawu). Gaya aksial konstan diaplikasikan pada ujung atas kolom dan gaya lateral bertahap (inkremental) diaplikasikan pada salah satu sisi bagian bawah kolom. Metode pengujian ini bersifat tidak masing variasi beban aksial 10 kN, 20 kN, dan 30 kN. Gambar 9 memperlihatkan hasil pengujian yaitu kurva hubungan gaya lateral dan peralihan
Gambar 6
Gambar 8
Gambar 6. Pengujian eksperimental geser-friksi
Gambar 7. 3 (tiga) buah benda uji I, II, dan III.
(a) Gaya aksial 10 kN (b) Gaya aksial 20 kN
(c) Gaya aksial 30 kN
Gambar 9. Kurva hubungan gaya lateral dan peralihan lateral hasil pengujian eksperimental. Koefisien friksi selanjutnya dihitung dengan menggunakan Persamaan 6, dengan menggunakan nilai gaya lateral (pada kondisi batas proporsional sesaat sebelum terjadi terjadi slip dimana permukaan kayu tidak lagi bersentuhan dengan permukaan batu). Hasil perhitungan memperlihatkan bahwa koefisien friksi untuk benda uji I (pertama) adalah sebesar 0,35, benda uji II (kedua) sebesar 0,43, dan benda uji III (ketiga) sebesar 0,26, dengan nilai koefisien friksi rata-rata adalah sebesar 0,35. Hasil perhitungan selengkapnya ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Koefisien friksi hasil pengujian eksperimental Benda uji Gaya Aksial
10 kN Gaya Aksial 20 kN Gaya Aksial 30 kN Rata-rata µ Benda uji I 0,38 0,36 0,31 0,35 Benda uji II 0,18 0,59 0,52 0,43
Benda uji III 0,28 0,27 0,24 0,26
Rata-rata koefisien friksi (µ) seluruh benda uji 0,35
b. Analisis dengan Metode Elemen Hingga Nonlinier
Properti sifat mekanis material yang diperlukan untuk memodelkan kayu Lontar diperoleh dari pengujian clear
specimen tests sesuai ASTM D143 (ASTM, 2008). Nilai modulus elastisitas untuk masing-masing arah sejajar serat
kayu (L) dan tegaklurus serat kayu (R dan T diasumsikan sama) diambil dari masing-masing kurva tegangan-regangan pada kondisi rentang elastik hasil pengujian tekan sejajar dan sejajar serat kayu. Hasilnya adalah EL
sebesar 8261,5 MPa dan ER sebesar 688,8 MPa. Kurva hubungan tegangan-regangan ini diidealisasikan menjadi
plastisitas (Ep//) yaitu diperoleh untuk arah longitudinal sebesar 3
adalah sebesar 412,8 MPa.
Kekuatan tekan arah sejajar serat dan tegaklurus serat masing
geser yaitu sebesar 6,7 MPa. Nilai rasio Poisson diambil dari sumber literature penelitian sebelumnya (Pranata dkk., 2011) yaitu vLR= 0,014, vLT= 0,027, dan v
analitis (Karlinasari et.al., 2007) diperoleh sebesar G
Koefisien friksi hasil penelitian eksperimental yaitu µ = 0.35 selanjutnya digunakan pada simulasi numerikal. Gambar 10.a memperlihatkan hasil simulasi untuk kon
hasil pengujian eksperimental dan numerikal untuk benda uji dengan gaya aksial sebesar 30 kN. Gambar 10b dan Gambar 12 memperlihatkan contoh hasil simulasi numerikal yang mana memperlihatkan konsent
tinggi pada permukaan kayu akibat adanya kontak dengan permukaan batu (dampak dari adanya model geometri nonlinier). Tegangan yang dibahas dalam hal ini adalah tegangan efektif sesuai Persamaaan 2.
(a). Kontur def
beban lateral maksimum
Gambar 10. Hasil pemodelan numerical untuk kondisi beban aksial sebesar 30 kN
Gambar 11. Kurva hubungan beban lateral dan peralihan hasil pemodelan numerikal ) yaitu diperoleh untuk arah longitudinal sebesar 3.028,9 MPa dan untuk arah radial/tangensial (E
Kekuatan tekan arah sejajar serat dan tegaklurus serat masing-masing sebesar 26,4 MPa dan 4,1
geser yaitu sebesar 6,7 MPa. Nilai rasio Poisson diambil dari sumber literature penelitian sebelumnya (Pranata dkk., 027, dan vRT= 0,247. Sedangkan modulus geser dihitung menggunakan persamaan
inasari et.al., 2007) diperoleh sebesar GLR= 326,0 MPa, GLT= 290,8 MPa, dan G
Koefisien friksi hasil penelitian eksperimental yaitu µ = 0.35 selanjutnya digunakan pada simulasi numerikal. Gambar 10.a memperlihatkan hasil simulasi untuk kondisi gaya lateral sebesar 30 kN. Gambar 11 memperlihatkan hasil pengujian eksperimental dan numerikal untuk benda uji dengan gaya aksial sebesar 30 kN. Gambar 10b dan Gambar 12 memperlihatkan contoh hasil simulasi numerikal yang mana memperlihatkan konsent
tinggi pada permukaan kayu akibat adanya kontak dengan permukaan batu (dampak dari adanya model geometri nonlinier). Tegangan yang dibahas dalam hal ini adalah tegangan efektif sesuai Persamaaan 2.
(a). (b).
(a). Kontur deformasi arah-x akibat (b). Kontur tegangan efektif akibat beban lateral maksimum beban lateral maksimum
Hasil pemodelan numerical untuk kondisi beban aksial sebesar 30 kN
Kurva hubungan beban lateral dan peralihan hasil pemodelan numerikal dan pengujian eksperimental di laboratorium
028,9 MPa dan untuk arah radial/tangensial (Ep┴)
masing sebesar 26,4 MPa dan 4,1 MPa. Kekuatan geser yaitu sebesar 6,7 MPa. Nilai rasio Poisson diambil dari sumber literature penelitian sebelumnya (Pranata dkk., 247. Sedangkan modulus geser dihitung menggunakan persamaan
8 MPa, dan GRT= 165,6 MPa.
Koefisien friksi hasil penelitian eksperimental yaitu µ = 0.35 selanjutnya digunakan pada simulasi numerikal. disi gaya lateral sebesar 30 kN. Gambar 11 memperlihatkan hasil pengujian eksperimental dan numerikal untuk benda uji dengan gaya aksial sebesar 30 kN. Gambar 10b dan Gambar 12 memperlihatkan contoh hasil simulasi numerikal yang mana memperlihatkan konsentrasi tegangan yang tinggi pada permukaan kayu akibat adanya kontak dengan permukaan batu (dampak dari adanya model geometri nonlinier). Tegangan yang dibahas dalam hal ini adalah tegangan efektif sesuai Persamaaan 2.
(b). Kontur tegangan efektif akibat beban lateral maksimum Hasil pemodelan numerical untuk kondisi beban aksial sebesar 30 kN
Gambar 12. Simulasi problem kontak antara permukaan kayu Lontar dengan batu 4. KESIMPULAN
Hasil penelitian memperlihatkan bahwa pemodelan numerikal metode elemen hingga nonlinier berbasis kriteria enerji distorsi von Mises pada material ortotropik dapat digunakan untuk mendapatkan riwayat kurva hubungan antara beban lateral dan peralihan pada pengujian geser
dengan hasil pengujian eksperimental di laboratorium. Jika dibandingkan dengan hasil pengujian eksperimental, hasil numerik memperlihatkan tren yang lebih rendah nilainya.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih terhadap dukungan financial dari Balai Pengembangan Teknologi Perumahan Tradisional Denpasar, Kementerian Pekerjaan Umum
Permukiman Bandung yang telah membantu terlaksananya peng
DAFTAR PUSTAKA
ADINA R&D, Inc. (2009), ADINA version 8.6.2 Theory and Modeling Guide, ADINA R&D, Inc., 71 Elton Ave., Watertown, MA 02472, USA.
American Society for Testing and Materials (2008), Annual Book of 04.10 Wood, American Society for Testing and Materials.
Chen, W.F., Han, D.J. (2007), Plasticity for Structural Engineers, Ross Publishing. Lauderdale, FL Hibbeler, R.C. (2007), Engineering Mechanics (Eleventh e
Karlinasari, L., Surjokusumo, S., Nugroho, N., Hadi, Y.S., Suryoatmono, B. (2007), Bending Strength Prediction of Wood Beam Constructed from Small Specimens
destructive of Wood, Duluth, Minnesota, USA, 10
Kojić, M. and Bathe, K.J. (2003), Inelastic Analysis of Solids and Structures
Lee, S.W. (2000). Characteristics of Friction between Concrete Salb and Base, KSCE Journal of Civil Engineering, Vol. 4, No. 4, pp. 265-275, December 2000.
Pranata, Y.A. Suryoatmono, B., Tjondro, J.A. ( Laminated Beam. In: Prosiding The 3 Yogyakarta, Indonesia, 20-22 September 2011. Suwantara, I.K., Rusli., Penelitian Eksperimental Geser
Rumah Tradisional Ammu Hawu
redaksional) pada Jurnal Teknik Sipil, ISSN 0853
Simulasi problem kontak antara permukaan kayu Lontar dengan batu
memperlihatkan bahwa pemodelan numerikal metode elemen hingga nonlinier berbasis kriteria enerji distorsi von Mises pada material ortotropik dapat digunakan untuk mendapatkan riwayat kurva hubungan antara beban lateral dan peralihan pada pengujian geser-friksi, yang mana hasilnya memperlihatkan trend yang sama dengan hasil pengujian eksperimental di laboratorium. Jika dibandingkan dengan hasil pengujian eksperimental, hasil numerik memperlihatkan tren yang lebih rendah nilainya.
mengucapkan terima kasih terhadap dukungan financial dari Balai Pengembangan Teknologi Perumahan Tradisional Denpasar, Kementerian Pekerjaan Umum, segenap staf laboratorium Balai Struktur Puslitbang
yang telah membantu terlaksananya pengujian geser-friksi kayu Lontar terhadap batu.
ADINA R&D, Inc. (2009), ADINA version 8.6.2 Theory and Modeling Guide, ADINA R&D, Inc., 71 Elton Ave.,
American Society for Testing and Materials (2008), Annual Book of ASTM Standards 2008 04.10 Wood, American Society for Testing and Materials.
Chen, W.F., Han, D.J. (2007), Plasticity for Structural Engineers, Ross Publishing. Lauderdale, FL Hibbeler, R.C. (2007), Engineering Mechanics (Eleventh edition), Pearson, Prentice Hall.
Karlinasari, L., Surjokusumo, S., Nugroho, N., Hadi, Y.S., Suryoatmono, B. (2007), Bending Strength Prediction of Wood Beam Constructed from Small Specimens. In: Proceeding 15th International Symposium Non
od, Duluth, Minnesota, USA, 10-12 September 2007.
Inelastic Analysis of Solids and Structures, Springer-Verlag.
(2000). Characteristics of Friction between Concrete Salb and Base, KSCE Journal of Civil Engineering, 275, December 2000.
Pranata, Y.A. Suryoatmono, B., Tjondro, J.A. (2011), The Flexural Rigidity Ratio of Indonesian Timber Bolt Prosiding The 3rdEuropean Asian Civil Engineering Forum, University of Atma Jaya
22 September 2011.
Suwantara, I.K., Rusli., Penelitian Eksperimental Geser-Friksi Sambungan Tiang Kayu Lontar dengan Batu pada
Ammu Hawu (NTT), (status diterima untuk dipublikasikan dan sedang dalam proses
redaksional) pada Jurnal Teknik Sipil, ISSN 0853-2982, Insitut Teknologi Bandung.
Simulasi problem kontak antara permukaan kayu Lontar dengan batu
memperlihatkan bahwa pemodelan numerikal metode elemen hingga nonlinier berbasis kriteria enerji distorsi von Mises pada material ortotropik dapat digunakan untuk mendapatkan riwayat kurva hubungan iksi, yang mana hasilnya memperlihatkan trend yang sama dengan hasil pengujian eksperimental di laboratorium. Jika dibandingkan dengan hasil pengujian eksperimental,
mengucapkan terima kasih terhadap dukungan financial dari Balai Pengembangan Teknologi Perumahan Balai Struktur Puslitbang friksi kayu Lontar terhadap batu.
ADINA R&D, Inc. (2009), ADINA version 8.6.2 Theory and Modeling Guide, ADINA R&D, Inc., 71 Elton Ave.,
ASTM Standards 2008 – Section 4 Volume
Chen, W.F., Han, D.J. (2007), Plasticity for Structural Engineers, Ross Publishing. Lauderdale, FL, USA.
Karlinasari, L., Surjokusumo, S., Nugroho, N., Hadi, Y.S., Suryoatmono, B. (2007), Bending Strength Prediction of International Symposium
Non-Verlag.
(2000). Characteristics of Friction between Concrete Salb and Base, KSCE Journal of Civil Engineering,
The Flexural Rigidity Ratio of Indonesian Timber Bolt-European Asian Civil Engineering Forum, University of Atma Jaya
Friksi Sambungan Tiang Kayu Lontar dengan Batu pada (NTT), (status diterima untuk dipublikasikan dan sedang dalam proses
Kolom
