METODE PENGUJIAN MODULUS GESER KAYU KONSTRUKSI BERUKURAN STRUKTURAL
BAB I
DESKRIPSI
1.1 Maksud dan Tujuan
1.1.1 Maksud
Metode Pengujian Modulus Geser Kayu Konstruksi Berukuran Struktural, dimaksudkan untuk dipakai sebagai acuan dan pegangan dalam pengujian modulus geser kayu konstruksi berukuran struktural.
1.1.2 Tujuan
Tujuan metode pengujian ini adalah untuk menentukan nilai modulus elastisitas geser dan kelas kuat kayu.
1.2 Ruang Lingkup
1) Metode pengujian ini mencakup persyaratan, ketentuan, cara pengujian dan pelaporan pengujian, untuk semua jenis kayu berukuran struktural kering udara, balok kayu berlapis majemuk glulam dan balok kayu komposit, yang bebas atau tidak bebas cacat;
2) Nilai elastisitas modulus geser, G, ditetapkan berdasarkan nilai modulus elastisitas lentur murni, Em, dan modulus elastisitas semu, Ea pp,dari batang benda uji yang sama, seperti dinyatakan dalam ayat 3.1.3 persamaan 5.
.
1.3 Pengertian
Yang dimaksud dengan :
1) beban batas adalah beban maksimum yang masih dapat ditahan oleh benda uji sebelum mengalami patah dan atau pecah;
2) beban batas proporsional adalah kondisi pembebanan linear antara besarnya beban dengan deformasi yang terjadi;
3) benda uji adalah batang kayu berukuran struktural yang dianggap mewakili mutu dan atau kelas kuat dari sekelompok kayu yang akan dipakai untuk konstruksi;
4) benda uji tidak bebas cacat adalah benda uji yang mempunyai cacat yang dapat melemahkan kekuatan kayu, tetapi tidak membahayakan konstruksi, seperti retak, mata kayu, serat miring dan gubal;
5) cacat kayu adalah kondisi alami atau buatan yang melemahkan kekuatan dan mengurangi mutu kayu konstruksi, seperti tersebut dalam butir 4 di atas;
6) kecepatan ujung penekan, adalah kecepatan gerak dari alat pemberi beban yang dipakai untuk menguji kekuatan atau mutu kayu, dinyatakan dalam mm/detik atau mm/menit;
7) defleksi atau lendutan adalah deformasi lengkung akibat beban lentur yang diberikan pada benda uji;
9) dimensi benda uji adalah ukuran nyata penampang balok kayu benda uji, dalam milimeter, dan ukuran panjang dalam meter;
10) kadar air adalah nilai perbandingan berat air yang terkandung dalam kayu terhadap berat kayu kering oven, dinyatakan dalam persen;
11) kayu gergajian adalah hasil dari pemotongan kayu dengan ukuran yang ditentukan oleh standar yang berlaku;
12) kayu konstruksi adalah kayu gergajian pemotongan kayu dengan ukuran yang ditentukan oleh standar yang berlaku;
13) kelas kuat adalah pengelompokkan kayu berdasarkan berat jenis kering udara dan kekuatannya;
14) kenaikan tambahan beban adalah besarnya tambahan beban pada setiap tahap pembebanan, dinyatakan dalam Newton;
15) kepadatan atau berat jenis adalah perbandingan antara massa dan volume kayu dalam keadaan kering udara, dinyatakan dalam gram/cm3;
16) kekuatan batas adalah batas kekuatan kayu mendekati saat patah atau rusak akibat pembebanan;
17) lekukan adalah kerusakan lokal pada permukaan kayu yang diakibatkan tekanan beban terpusat atau reaksi tumpuan;
18) lendutan geser adalah deformasi lentur yang terjadi akibat geser, dalam mm;
19) mega pascal adalah satuan tegangan, yang menyatakan besarnya gaya dalan Newton persatuan luas dalam meter persegi; (1 Pa = 1 N/m3; 1 megapascal = 106 N/m2, atau 106N/106mm2, atau 1 N/mm2);
20) metode bentang sederhana adalah cara pengujian balok lentur yang diletakkan di atas dua tumpuan, sendi dan rool bebas tanpa jepitan;
21) modulus elastisitas adalah nilai perbandingan antara besarnya beban dan lendutan yang terjadi, setelah nilai tersebut dikalikan dengan faktor φ pada tahap pembebanan belum mencapai beban batas proporsional Pp; nilai φ = L3 / (48xI) untuk beban terpusat di tengah bentang, atau φ= a (L-2a)2 / 16xI) untuk balok dengan dua beban titik atau third point loading;
22) modulus elastisitas arah radial adalah nilai modulus elastisitas balok kayu yang diperoleh dari hasil pengujian arah radial atau terhadap sumbu kuat;
23) modulus elastisitas arah tangensial adalah modulus elastisitas yang dihitung berdasarkan hasil pengukuran lendutan yang terjadi, termasuk lendutan akibat geser; 24) modulus elastisitas semua adalah modulus elastisitas yang dihitung berdasarkan hasil
pengukuran lendutan yang terjadi, termasuk lendutan akibat geser;
25) momen inersia adalah nilai sifat mekanik penampang kayu yang didapat dari persamaan I = bh2/12, dimana b dan h masing-masing sama dengan lebar dan tinggi penampang benda uji, dalam mm;
26) pemilihan masinal adalah metode pemilihan mutu kayu tanpa merusak dengan menggunakan mesin, berdasarkan sifat mekanik kayu;
27) radial, serat arah radial adalah kayu gergajian yang gelang tahunnya membentuk sudut 45° atau lebih terhadap muka potongan;
28) regangan serat adalah rasio besarnya nilai pertambahan panjang serat kayu terluar terhadap panjang semula, pada pembebanan elastis;
30) tahan gesek adalah gesekan antara alat penahan tekuk-lateral dan balok kayu, yang dapat menghambat deformasi lentur balok kayu, yang perbandingan sisi tegak terhadap sisi datar penampangnya melebihi nilai empat;
31) tangensial, serat arah tangensial adalah kayu gergajian yang gelang-tahunnya membentuk sudut kurang dari 45° terhadap muka potongan;
32) tekuk adalah perubahan bentuk terhadap sumbu lemah, akibat ketidak stabilan batang kayu uji yang sedang diberi beban (tekan aksial atau lentur);
33) third point loading adalah metode pengujian lentur pada balok dengan tiga beban-titik pada bentangnya yang berjarak kira-kira sepertiga bentang, dan berjarak simetris dari tumpuan terdekatnya;
BAB II
PERSYARATAN PENGUJIAN
2.1 Penanggung Jawab
Hasil pengujian harus disyahkan oleh pejabat yang berwenang yang ditunjuk sebagai penanggung jawab pengujian, dengan disertai nama, tanda tangan, dan cap pengesahan. 2.2 Laporan Pengujian
Laporan pengujian yang disyahkan oleh pejabat yang berwenang, seperti tersebut dalam ayat 2.1, harus diberi nomor kode dan tanggal penerbitan.
2.3 Benda Uji
2.3.1 Dimensi Benda Uji
Lebar dan tebal bensa uji harus diukur dalam milimeter, di tiga posisi pengukuran. Panjang benda uji harus diukur dalam meter di tiga posisi pengukuran.
2.3.2 Cacat Kayu dan Penampang Kritis
Benda kayu tidak perlu bebas cacat. Untuk pengujian kuat karakteristik, boleh mempunyai penampang lemah atau penampang kritis pada arah panjangnya, sedangkan pada uji lentur terdapat penampang kritis ditengah bentangnya. Penampang kritis tersebut boleh diuji tidak rusak atau dengan cara pemilihan masinal.
2.3.3 Kadar Air
Kadar air benda uji harus diukur dan dihitung dari potongan batang benda uji, yang bebas dari mata kayu, dan kantong getah.
2.3.4 Berat Jenis
Berat jenis benda uji harus dihitung dari potongan batang benda uji, bebas dari mata kayu dan kantong getah.
2.3.5 Penyesuaian Benda Uji
Sebelum diuji beban, benda uji harus dipersiapkan dan disesuaikan terhadap kondisi berikut benda uji :
1) benda uji harus disesuaikan terhadap persyaratan persiapan benda uji, yaitu : mempunyai berat yang konstan1), pada kelembaban relatif udara 60 ± 5% dan suhu udara 24 ± 5 °C2);
2) bila ketentuan dalam butir 1 tidak dapat dipenuhi, maka pengujian dapat dilaksanakan dalam keadaan kadar air seperti adanya, dengan syarat nilai kadar air sebenarnya dalam kayu dilaporkan dalam hasil uji;
2.3.6 Nomor Kode Uji
2.3.7 Jumlah Benda uji
Jumlah benda uji tidak kurang dari lima untuk setiap jenis kayu. 2.4 Peralatan
Peralatan yang dipakai untuk pengujian, harus memenuhi ketentuan berikut : 1) peralatan uji yang dipakai harus telah dikalibrasi dan masih berlaku;
2) untuk pengujian elastis modulus geser diperlukan peralatan sebagai berikut : (1) mesin pemberi beban lentur;
(2) alat pengukur waktu; ketelitian dalam detik; (3) alat ukur panjang;
a) rol meter
b) penggaris skala mm atau jangka sorong;
(4) alat pengukur deformasi atau lendutan; dengan ketelitian tidak kurang dari 1% atau 0,01 mm;
(5) alat pengukur suhu dan kelembaban udara; (6) alat ukur kadar air dan atau timbangan;
(7) batang gauge, panjang 5 kali tinggi nominal penampang balok uji;dengan bentang 900 mm.
Keterangan :
1) Berat benda uji dianggap sudah konstan bila perbedaan berat hasil timbangan benda uji dalam jangka waktu 6 jam, tidak melebihi 0,1 % berat benda uji tersebut;
BAB III
KETENTUAN-KETENTUAN
3.1 Modulus Elastisitas-Lentur Arah Radian
3.1.1 Benda Uji
Benda uji harus memenuhi ketentuan berikut :
1) benda uji harus mempunyai panjang tidak kurang dari 8h + 1 meter + 2h, atau 18h + 2h, Gambar 1;
2) tinggi dan lebar penampang diukur dalam milimeter dan panjang diukur dalam meter;
Gambar 1 Bentuk dan dimensi benda uji
3.1.2 Prosedur Pengujian dan Peralatan
Uji beban harus dilaksanakan dengan mengikuti ketentuan berikut :
1) benda uji harus ditumpu di atas tumpuan sendi dan tumpuan-rol (bebas), yang terbuat dari baja, atau dengan cara lain yang dapat mendekati tercapainya kondisi tumpuan sendi dan rol;
2) untuk mendapatkan nilai Em dan Eaap masing-masing benda uji harus dibebani pada betangnya seperti Gambar 2-a dan 2-b serta sesuai dengan ketentuan dalam “METODE PENGUJIAN MODULUS ELASTISITAS KAYU KONSTRUKSI BERUKURAN STRUKTURAL” AYAT 3.1.1 DAN 3.1.2;
3) pembebanan;
(1) untuk menentukan nilai Eaap, harus dilakukan pembebanan dengan cara “center point loading”, seperti gambar 2-b;
(2) panjang bentang L sama dengan 1g = 0,90 meter.
4) untuk mengurangi terjadinya lekukan pada sisi yang tertekan diantara permukaan benda uji dan penekan dari mesin uji, demikian juga pada sisi bawah balok di atas titik tumpuan, dapat disisipkan sepotong pelat baja, dengan ukuran panjang tidak melebihi setengah tinggi penampang dan lebar tidak kurang dari lebar penampang benda uji;
5) tebal pelat baja tersebut pada butir 4 tidak kurang dari 4 mm untuk balok yang mempunyai tinggi penampang sampai 120 mm, dan tidak kurang dari 13 mm untuk balok yang mempunyai tinggi penampang 300 mm; interpolasi lurus dapat dilakukan untuk balok dengan tinggi penampang di antara dua nilai tersebut;
6) bila rasio tinggi terhadap lebar penampang balok uji melebihi empat, h/b > 4,0, maka penahan lateral harus dipasang untuk mencegah terjadinya tekuk-lateral; alat penahan lateral tersebut harus memungkinkan benda uji bebas melendut tanpa menimbulkan tahanan gesek (friksi) yang berarti;
7) alat pemberi beban yang dipakai harus mempunyai ketelitian tidak melebihi 1%;
8) lendutan harus diukur di tengah tinggi sisi balok uji, pada tengah bentang alat ukur gauge panjang 5 x h, dengan alat ukur lendutan yang mempunyai tingkat ketelitian tidak kurang dari 1/1000 mm seperti dijelaskan pada gambar 2-b;
9) beban yang diberikan harus kontinyu, dan hubungan antara beban defleksi harus dicatat, sehingga lendutan akibat penambahan beban dapat ditentukan; pengujian harus dilakukan dengan hati-hati, agar beban yang dipakai tidak melebihi batas beban proporsional Pp atau menyebabkan rusaknya spesimen;
10) kecepatan cross head tidak boleh melampaui nilai yang dihitung dengan persamaan-1 berikut :
a = jarak antara beban titik terhadap titik tumpu terdekat, mm h = adalah tinggi nominal penampang benda uji, mm
L = bentang, dalam mm
3.1.3 Hasil Uji
Modulus Geser, harus dihitung dengan persamaan 2 berikut : 1) menentukan nilai Σm, dengan persamaan 3 :
Σm = Modulus elastisitas lentur, bebas dari lendutan geser, dalam N/mm2 a = jarak antara beban titik dan tumpuan terdekat, dalam mm.
lg = panjang gauge, mm I = momen inersia, mm4
δp = tambahan kenaikan beban, dalam N
δy = lendutan akibat pertambahan beban δp, dalam mm 2) modulus Geser G dihitung dengan persamaan 4, berikut :
(
)
Pp = Beban P dalam batas proporsional, atau lebih kecil, N; δy = lendutan yang terjadi akibat Pp, mm;
K = faktor untuk penampang, = 6/5, untuk penampang persegi
BAB IV
CARA UJI
Dalam pelaksanaan pengujian, langkah-langkah berikut harus dilaksanakan : 1) tentukan jenis kayu yang akan diuji;
2) tentukan dimensi penampang dan panjang benda uji sesuai dengan ayat 3.1.1 butir 1, dan 2;
3) ukur suhu dan kelembaban relatif udara di dalam ruangan uji, sesuai dengan ayat 2.3.5 butir 1 dan 2;
4) letakkan benda uji di atas tumpuan rol dan sendi yang berjarak :
a) 1 meter + 6 kali tinggi penampang, untuk uji Elastisitas Modulus Σm; b) 5 x h untuk uji Elastisitas Modulus semu, Eapp;
5) sisipkan sepotong pelat baja tebal 4 mm atau lebih, di antara permukaan benda uji dan cross head, sesuai ayat 3.1.2 butir 4;
6) pasang penahan tekuk lateral di dua sisi kiri dan kanan balok uji pada pertengahan bentangnya, bila rasio h/b ≥ 4,0 sesuai dengan ayat 3.1.2 butir 6;
7) periksa ketelitian alat pemberi beban, sesuai dengan ayat 3.1.2 butir 7 ;
8) atur kecepatan cross head, sesuai dengan persamaan 1 dan 2, sesuai dengan jenis pengujian;
9) ukur lendutan pada setiap penambahan beban, sesuai dengan ayat 3.1.2 butir 9; 10) hitung hasil pengukuran dengan persamaan 3, 4, dan 5;
BAB V
LAPORAN PENGUJIAN
Laporan pengujian harus mencakup penjelasan tentang : 1) bahan yang diuji;
2) prosedur pengujian; 3) hasil pengujian. 5.1 Bahan yang Diuji
Penjekasan berikut harus diberikan : 1) jenis kayu;
2) ukuran nominal; 3) daerah asal usul kayu; 4) metode pemilihan benda uji;
5) tingkat/kelas mutu atau keterangan lain yang perlu sebelum pemilihan benda uji;
6) metode pengkondisian/penyesuaian suhu dan kelembaban, untuk memenuhi persyaratan benda uji sebelum pengujian dilaksanakan;
7) informasi lain yang dapat mempengaruhi hasil pengujian, misalnya riwayat proses pengeringan, pengawetan, fabrikasi dan proses lain yang dapat mempengaruhi kekuatan benda uji.
5.2 Prosedur Pengujian
Penjelasan berikut harus diberikan :
1) tipe pengujian, (tekan, tarik, lentur dsb).
2) suhu dan kelembaban udara pada waktu pengujian 3) peralatan uji yang dipakai;
4) nilai kuat dan modul;
5) pola retak dan ragam keruntuhan/rusak/patah;
6) semua informasi yang berguna pada pemakaian hasil uji, misalnya pertumbuhan karakteristik atau parameter/indikasi pemilihan masinal pada penampang yang patah/rusak.
5.3 Hasil Pengujian
Perhitungan hasil pengujian dilakukan berdasarkan metoda statistik yang berlaku.
LAMPIRAN A - DAFTAR ISTILAH
Arah radial, sumbu kuat : edgewise Arah tangensial, sumbu lemah : flatwise
Balok berlapis majemuk : glued laminated timber (glulam)
Beban batas : ultimate load
Beban batas proporsional : proportional limit load Beban terpusat di tengah bentang : center loading
Benda uji : specimen
Bentang sederhana : simple span Deformasi, perubahan bentuk : deformation
Modulus elastisitas : modulus of elasticity
Modulus elastisitas semu : apparent modulus of elasticity Modulus elastisitas radial : edgewise modulus elasticity Modulus elastisitas tangensial : flatwise modulus elasticity Kadar air : moisture content
Kecepatan ujung penekan : cross head speed Kelembaban relatif : relative humidity Kenaikan beban : load increment Kepala pemberi beban : loading head
Kuat tekan : compressive strength Nomor kode uji : test code number
Pemilihan masinal : mechanical stress grading Penampang lemah : critical section
Regangan : strain
Ruang pengatur kekeringan : conditioning chamber Tekuk : lateral buckling Ujung penekan : cross head Ukuran struktural : structural sizes Tahan gesek : friction
Uji tanpa merusak : non destructive test
LAMPIRAN B - LAIN-LAIN
1. Simbol
a = jarak antar beban titik dan tumpuan terdekat, dalam mm A = luas penampang benda uji, b x h, atau b x d, dalam mm2
b = lebar (sisi terkecil) penampang balok uji edgewise ME, atau sisi penampang tegak lurus arah beban lentur, dalam mm
d = tebal (sisi terkecil) penampang balok uji flatwise ME, atau sisi penampang sejajar dengan arah beban lentur, dalam mm
h = tinggi (sisi terbesar) penampang balok uji, atau sisi penampang sejajar arah beban lentur, dalam mm.
L = jarak antar dua tumpuan, bentang balok, dalam mm lg = panjang gauge, dalam mm
Ltot = panjang total balok uji, dalam mm. P = beban tekan, dalam Newton
R = kecepatan cross head, dalam mm/detik. δp = tambahan kenaikan beban, dalam Newton δy = kenaikan lendutan akibat δp, dalam mm.
2. Tebal Konversi
DAFTAR 1
Kilo = 1000
Mega = 1000000
1 Pa (Pascal) = 1 N/M2
1 MPa (Megapascal) = 106 Pascal = 106 N/m2 1 m2 = 106 mm2
1 MPa = 106 N/106 mm2 = 1 N/m2 Dibulatkan :
1 kg = 10 Newton
1 kg/cm2 = 10 N/100m2 = 0,1 N/mm2 1 N/mm2 = 10 kg/cm2
DAFTAR 2
Pa MPa atau N/mm2 Kgf/mm2 Kgf/cm2
1,0 1 x 10-6 1,0197 x 10-7 1,0197 x 10-5
1 x 106 1,0 1,0197 x 10-1 1,0197 x 10
9,80665 x 106 9,80665 1,0 1,0 x 102
3. Panjang dan bentang minimum benda uji kuat lentur terhadap sumbu kuat atau arah radial balok kayu berukuran struktural.
BENTANG Lmin (meter) TINGGI h
(mm) 6h+1,0 meter 18 h
PANJANG TOTAL ltotal (meter)
50 1,300 0,900 1,400
83 1,500 1,500 1,660
100 1,600 1,800 2,000
120 1,720 2,160 2,400
140 1,840 2,520 2,800
150 1,900 2,700 3,000
180 2,080 2,440 3,600
200 2,200 3,600 4,000
220 2,320 3,960 4,400
240 2,440 4,320 4,800
250 2,500 4,500 5,000
280 2,680 5,040 5,600
300 2,800 5,400 6,000
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ...i
BAB I DESKRIPSI ... 1
1.1 Maksud dan Tujuan ... 1
1.1.1 Maksud... 1
1.1.2 Tujuan ... 1
1.2 Ruang Lingkup ... 1
1.3 Pengertian... 1
BAB II PERSYARATAN PENGUJIAN ... 4
2.1 Penanggung Jawab ... 4
2.2 Laporan Pengujian ... 4
2.3 Benda Uji ... 4
2.3.1 Dimensi Benda Uji... 4
2.3.2 Cacat Kayu dan Penampang Kritis ... 4
2.3.3 Kadar Air ... 4
2.3.4 Berat Jenis ... 4
2.3.5 Penyesuaian Benda Uji... 4
2.3.6 Nomor Kode Uji... 4
2.3.7 Jumlah Benda uji... 5
2.4 Peralatan... 5
BAB III KETENTUAN-KETENTUAN ... 6
3.1 Modulus Elastisitas-Lentur Arah Radian ... 6
3.1.1 Benda Uji... 6
3.1.2 Prosedur Pengujian dan Peralatan ... 6
3.1.3 Hasil Uji ... 8
BAB IV CARA UJI... 9
BAB V LAPORAN PENGUJIAN ... 10
5.1 Bahan yang Diuji ... 10
5.2 Prosedur Pengujian ... 10
5.3 Hasil Pengujian ... 10
LAMPIRAN A - DAFTAR ISTILAH... 11
