ANALISIS KEKUATAN SAMBUNGAN KAYU GESER GANDA DENGAN BAUT TUNGGAL
PADA KAYU TERAP (Artocarpus odoratissimus)
SKRIPSI
ARFAN NASUTION 161201026
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ANALISIS KEKUATAN SAMBUNGAN KAYU GESER GANDA DENGAN BAUT TUNGGAL
PADA KAYU TERAP (Artocarpus odoratissimus)
SKRIPSI
Oleh:
ARFAN NASUTION 161201026
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Fakultas Kehutanan
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2021
PERNYATAAN ORISINALITAS
Saya yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama : Arfan Nasution NIM : 161201026
Judul Skripsi : Analisis kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada kayu terap (Artocarpus odoratissimus).
Menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan skripsi ini, telah penulis cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika penulisan ilmiah.
Medan, Maret 2021
Arfan Nasution NIM.161201026
ABSTRAK
ARFAN NASUTION
:
Analisis Kekuatan Sambungan Kayu Geser Ganda dengan Baut Tunggal Pada Kayu Terap (Artocarpus odoratissimus). Dibimbing oleh EVALINA HERAWATIKayu merupakan salah satu bahan kontruksi yang sering digunakan masyarakat umumnya di Indonesia karena sifatnya yang mudah untuk dikerjakan. Sambungan kayu adalah dua batang kayu atau lebih yang disambung menjadi satu batang kayu yang panjang dalam satu bidang. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan sifat fisis, sifat mekanis, dan kuat tumpu baut, serta pengaruh variasi ketebalan kayu dan diameter baut terhadap nilai kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada kayu terap. Pengujian yang dilakukan meliputi sifat fisis, sifat mekanis, kekuatan tumpu baut, kekuatan leleh lentur baut, dan kekuatan sambungan kayu. Hasil penelitian ini menunjukkan kayu terap memiliki nilai kadar air rata-rata sebesar 12,66% dan berat jenis rata-rata kayu terap sebesar 0,33. Nilai rata-rata kuat tekan maksimum sejajar serat pada kelas kuat III – IV yaitu sebesar 207 kgf/cm2. Nilai rata-rata kuat tarik maksimum sejajar serat kayu terap sebesar 365 kgf/cm2. Nilai rata-rata kuat geser sejajar serat kayu terap sebesar 67 kgf/cm2. Nilai rata-rata kekerasan kayu terap sebesar 119 kgf/cm2.
Variasi kombinasi ketebalan kayu dan interaksi kombinasi ketebalan kayu dengan diameter baut tidak berpengaruh nyata terhadap nilai kekuatan sambungan kayu.
Namun, perbedaan pada diameter baut memiliki pengaruh nyata terhadap kekuatan sambungan kayu. Nilai kekuatan sambungan (Z) eksperimental lebih kecil dibandingkan dengan nilai Z berdasarkan model batas leleh.
Kata Kunci: Kayu terap, sifat fisis, sifat mekanis, sambungan kayu
ABSTRACT
ARFAN NASUTION: Analysis of The Double Shear Wood Connection Strength with A Single Bolt on Terap Wood (Artocarpus odoratissimus).
Supervised by EVALINA HERAWATI
Wood is the one of construction materials type that Indonesian people used in general because it's characteristic is easy to work. Wood connection is two or more wood member that connected each other into one wood connection. The purpose of this study is to determine the physical, mechanical and bolt bearing strength and the effect of bolt diameter and wood thickness on the double shear wood connection strength with a single bolt on terap wood. The testing are physical properties, mechanical properties, bolt bearing strength, yield bending strength of bolt and wood connection strength. The result showed terap wood has the average value of moisture content was 12,66% and specific gravity value was 0,33. The average of maximum compression parallel to grain strength in strength class III – IV was 207 kgf/cm2. The average of tensile parallel to grain strength was 365 kgf/cm2. The average of shear strength parallel to grain was 67 kgf/cm2. Wood terap hardness average was 119 kgf/cm2. The variation of wood thickness combination and interactions of bolt diameter thickness have not significant affected on the wood connection strength. However, the difference in the diameter of the bolt has significant affected on the strength of the connection wood. The value of an experimental connection (Z) was smaller than the Z value based on the yield limit equation.
Keywords: Terap wood, physical properties, mechanical properties, wood connection.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di kota Medan, Sumatera Utara pada tanggal 12 September 1998. Penulis merupakan anak ke-empat dari empat bersaudara dari ayah Syafruddin Nasution dan ibu Nur Lenawati Lubis. Penulis memulai pendidikan di SD Negeri 145605 Sigalapang, Panyabungan pada tahun 2004 – 2010, pendidikan tingkat Sekolah Menengah Pertama di Mts Mardiyah Islamiyah Panyabungan pada tahun 2010 – 2013, pendidikan tingkat Sekolah Menengah Atas di Madrasah Aliyah Negeri Panyabungan pada tahun 2013 – 2016. Pada tahun 2016, penulis lulus di Fakultas Kehutanan USU melalui jalur SNMPTN dan mengikuti PKKMB 2016. Pada semester 5 penulis memilih minat Departemen Teknologi Hasil Hutan.
Semasa kuliah penulis merupakan anggota UKM RIMBAPALA Kehutanan USU. Penulis menerima penghargaan juara I Lomba Lintas Hutan Tropis ke-IV di kawasan TNBG pada tahun 2018.
Penulis telah mengikuti Praktik Pengenalan Ekosistem Hutan (P2EH) di hutan mangrove desa Lubuk Kertang pada tahun 2018. Pada tahun 2019 penulis telah menyelesaikan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di KPH wilayah IX Panyabungan. Penulis diberikan amanah sebagai asisten Praktikum Hasil Hutan Bukan Kayu (HHBK) pada tahun ajaran 2018 – 2019. dan asisten lapangan Fieldtrip Praktikum Klimatologi Hutan pada tahun 2019. Pada bulan Mei tahun 2019 penulis melaksanakan penelitian dengan judul “Analisis Kekuatan Sambungan Kayu Geser Ganda Dengan Baut Tunggal Pada Kayu Terap (Artocarpus odoratissimus)” dibawah bimbingan ibu Evalina Herawati.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun skripsi yang dibuat berjudul “Analisis kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada kayu terap (Artocarpus odoratissimus)”.
Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan baik secara langsung maupun tidak langsung. Maka penulis menyampaikan banyak terimakasih kepada pihak-pihak yang membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini terutama kepada :
1. Ayahanda Syafruddin Nasution dan ibunda Nur Lenawati Lubis yang memberikan kasih sayang, dukungan moril dan materil serta doa yang dipanjatkan kepada Allah SWT untuk penulis.
2. Ibu Dr. Evalina Herawati, S.Hut, M.Si selaku pembimbing yang telah membimbing dan memberikan masukan dan saran berharga kepada penulis dalam penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Muhdi, S.Hut., M.Si selaku dosen penguji satu, Bapak Dr. Nurdin Sulistiyono, S.Hut., M.Si selaku dosen penguji dua, dan Ibu Dr. Arida Susilowati, S.Hut., M.Si selaku dosen penguji tiga, yang memberikan arahan dan solusi atas permasalahan dan kesulitan dalam penulisan skripsi ini.
4. Ketua Departemen Teknologi Hasil Hutan Bapak Arif Nuryawan, S.Hut., M.Si., Ph.D serta seluruh staf pengajar dan pegawai di Fakultas Kehutanan atas segala arahan, bantuan dan saran yang telah diberikan kepada penulis.
5. Sahabat dan rekan-rekan seperjuangan di Fakultas Kehutanan khususnya stambuk 2016 dan Teknologi Hasil Hutan (THH) stambuk 2016 untuk dukungan dan kerjasamanya selama ini.
Semoga Allah SWT membalas segala kebaikan yang telah diberikan dengan melimpah Rahmat serta Karunia-Nya kepada kita semua.
Penelitian ini terlaksana atas bantuan hibah penelitian dosen pembimbing.
Penulis berharap semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi semua pihak sebagai bahan penyalur informasi pengetahuan. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.
Medan, Maret 2021
Arfan Nasution
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN ... i
PERNYATAAN ORISINALITAS ... ii
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT ... iv
RIWAYAT HIDUP ... v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR LAMPIRAN ... xi
PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1
Tujuan Penelitian ... 3
Manfaat Penelitian ... 3
TINJAUAN PUSTAKA Identifikasi Kayu Terap (Artocarpus odoratissimus) ... 4
Sifat Fisis ... 5
Berat Jenis Kayu ... 5
Kadar air Kayu ... 5
Sifat Mekanis ... 5
Kuat Tekan Sejajar Serat ... 6
Kuat Tarik Sejajar Serat ... 6
Kuat Geser Kayu ... 6
Kekerasan Kayu ... 7
Kuat Tumpu Baut ... 7
Kuat Leleh Lentur Baut ... 7
Sambungan Kayu ... 8
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat ... 10
Alat ... 10
Bahan ... 10
Prosedur Penelitian ... 10
Persiapan Bahan ... 10
Pemotongan Contoh Uji ... 11
Pengujian Sifat Fisis Kayu ... 11
Pengujian Sifat Mekanis Kayu ... 12
Pengujian Kuat Tumpu Baut ... 15
Pengujian Leleh Lentur Baut ... 16
Pengujian Sambungan Kayu Geser Ganda ... 16
Analisis Data ... 19
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisis Kayu ... 20Sifat Mekanis Kayu ... 21
Kuat Tumpu Baut ... 23
Kuat Leleh Lentur Baut ... 25
Sambungan Kayu ... 25 KESIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
No. Teks Halaman
1. Persamaan nilai model batas leleh sambungan kayu geser ganda ...18
2. Faktor Reduksi (Rd) ...19
3. Nilai rata-rata sifat fisis ...20
4. Nilai rata-rata sifat mekanis ...21
5. Nilai kuat tumpu baut kayu terap NDS 2015 dan SNI 7973 berdasarkan berat jenis kayu ... 24
6. Rataan beban leleh dan kekuatan leleh lentur baut (Fyb) ... 25
7. Nilai rata-rata kekuatan sambungan kayu (Z) menurut diameter baut dan kombinasi tebal kayu berdasarkan model batas leleh dan Z ekperimental ... 26
DAFTAR GAMBAR
No. Teks Halaman
1. Sketsa pemotongan balok kayu menjadi contoh uji sifat Fisis dan mekanis
Dan contoh uji geser sambungan ganda (1,2,3,4, dan 5) ... 11
2. Contoh uji sambungan kayu ... 11
3. Penimbangan contoh uji ... 12
4. Pengujian tekan sejajar serat ... 13
5. Pengujian tarik sejajar serat ... 13
6. Pengujian geser sejajar serat ... 14
7. Pengujian kekerasan kayu ... 15
8. Pengujian kekuatan tumpu baut ... 15
9. Pengujian kuat leleh lentur baut ... 16
10. Pengujian kuat sambungan kayu ... 17
11. Model atau tipe kerusakan berdasarkan model batas leleh ... 17
12. Grafik nilai rata-rata kuat sambungan kayu (Z) berdasarkan Kombinasi Ketebalan kayu ... 27
13. Grafik nilai rata-rata kekuatan sambungan kayu berdasarkan Diameter Baut ... 28
DAFTAR LAMPIRAN
No. Teks Halaman
1. Nilai sifat fisis kayu Terap (Artocarpus odoratissimus) ... 34
2. Nilai sifat mekanis kayu Terap (Artocarpus odoratissimus) ... 34
3. Nilai kuat tumpu baut kayu Terap ( A. odoratissimus) ... 34
4. Nilai kekuatan leleh lentur baut (Fyb) ... 35
5. Nilai rata-rata kekuatan sambungan kayu terap (Z) ... 36
6. Hasil uji homogenitas pada nilai Z model batas leleh dan nilai Z Ekspeimental ... 37
7. Hasil analisis statistic pada selang kepercayaan 95% kombinasi ketebalan dan diameter baut terhadap sambungan geser ganda kayu berdasarkan model batas leleh dan Z eksperimentel ... 37
8. Hasil uji normalitas pada nilai Z model batas leleh dan nilai Z Ekspeimental berdasarkan kombinasi kayu ... 38
9. Hasil uji normalitas pada nilai Z model batas leleh dan nilai Z Ekspeimental berdasarkan diameter baut ... 38
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Sumber daya hutan di Indonesia tersebar seluruh wilayah dari Sabang hingga Merauke. Terap (Artocarpus odoratissimus) termasuk salah satu dari sekitar 50 spesies pohon anggota marga Artocarpus yang pemanfaatan kayunya kurang dikenal di kalangan masyarakat luas. Tersedianya informasi yang memadai tentang sifat-sifat kayu terap akan meningkatkan nilai guna kayu tersebut karena ada kemungkinan dapat digunakan sebagai pengganti atau pelengkap jenis-jenis kayu konvensional yang keberadaannya semakin berkurang (Andara, 2014).
Pohon memegang peranan penting dalam kehidupan manusia, baik manfaat langsung maupun manfaat tidak langsung. Manfaat langsung yang dapat dirasakan manusia salah satunya adalah kayu. Penggunaan kayu dalam kehidupan sehari-hari sangat penting peranannya, mulai dari benda yang kecil maupun benda yang besar.
Salah satu penggunaan kayu yang besar adalah sebagai bahan konstruksi. Kayu sebagai bahan konstruksi tentunya harus memiliki kualitas yang baik. Semakin meningkatnya laju pembagungan, kebutuhan akan kayu terus meningkat dari tahun ke tahun. Hal ini menyebabkan banyaknya kayu khususnya berdiameter kecil digunakan sebagai bahan bangunan (Sadiyo dan Wulandari, 2012). Sebagai bahan konstruksi, kayu membutuhkan ukuran yang besar untuk mengakomodir struktur yang akan dibuat. Untuk dapat mengatasi keterbatasan tersebut sambungan menjadi solusi yang dapat digunakan untuk memperoleh ukuran sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan (Susanto, 2017).
Kayu merupakan bahan konstruksi yang sering digunakan oleh masyarakat Indonesia karena sifatnya yang ringan dan relatif mudah untuk dikerjakan, antara lain untuk keperluan bangunan gedung, rumah tinggal, jembatan, bantalan kereta api, dan lain-lainnya. Kayu juga memiliki sifat yang berbeda bergantung kepada jenisnya, faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan kayu adalah kadar air, berat jenis, lama pembebanan, jenis kayu serta lokasi cacat kayu. Umumnya semakin tinggi berat jenis suatu kayu maka semakin tinggi pula kekuatannya. Kayu juga memiliki kelebihan dibandingkan dengan bahan struktural yang lain yaitu kayu memiliki kekuatan yang relatif tinggi dan memiliki keindahan alami yang khas
2
sedangkan kelemahan kayu antara lain memiliki kembang susut tinggi, beberapa kayu kurang awet serta bersifat tidak homogen (Diredja, 2018; Hayatunnufus et al.
2018; Herawati, 2018; Susanto, 2017).
Sambungan kayu yang umum dipakai adalah dengan menggunakan alat pengencang dari paku, sekrup, dan baut, disamping penggunaan berbagai macam alat penyambung lainnya. Penggunaan sambungan baut pada struktur kayu dalam pelaksanaannya cukup mudah dan praktis. Sambungan dengan baut secara fisik cukup sederhana, tetapi perilaku yang sebenarnya dari interaksi baut dan kayu adalah sangat rumit (Tjondro, 2007).
Pentingnya desain sambungan dapat dilihat pada National Design Specification for Wood Constuction (NDS) yang memuat lebih dari 45% dokumen desain acuan untuk berbagai alat penyambung dan sambungan. Salah satu alat penyambung yang sering digunakan untuk desain konstruksi adalah baut. Baut umumnya digunakan untuk memikul beban-beban yang lebih besar dibandingkan dengan beban yang dipikul oleh alat sambung lain seperti paku. Pemakaian baut umumnya pada sambungan dengan pembebanan secara lateral. Baut termasuk salah satu pengencang tipe dowel. Dowel merupakan istilah yang dipakai untuk pengencang berbentuk silinder (Breyer et al., 2007).
Penelitian yang telah dilakukan oleh Sadiyo et al. (2012), Sugiarto et al.
(2019), Herawati (2018) menunjukkan nilai desain lateral acuan (Z) yang beragam.
Metode yang digunakan dalam beberapa penelitian tersebut beragam baik dari jenis kayu, jenis sambungan, ketebalan kayu (berkisar antara 2,5-5 cm), diameter baut (berkisar antara 6 – 19 mm) sehingga menyebabkan nilai desain lateral acuan (Z) yang beragam.
Penelitian tentang sambungan kayu juga dilakukan Herawati et al. (2017) yang menunjukkan bahwa nilai Fyb baut baja lebih tinggi dibandingkan baut besi dan nilai Fyb baut besi mengalami peningkatan pada setiap pertambahan diameter bautnya. dan penelitian Sadiyo et al. (2017) tentang nilai kekuatan tumpu baut pada empat jenis kayu rakyat Indonesia yang menunjukkan bahwa nilai kekuatan tumpu baut dipengaruhi oleh kerapatan, berat jenis kayu, kekuatan tekan sejajar serat, dan ukuran diameter baut yang digunakan. Selanjutnya, penelitian Herawati (2018) tentang nilai kekuatan sambungan geser tunggal pada kayu dengan baut tunggal
3
akibat beban uni-aksial tarik dengan 6 jenis kayu yaitu kayu meranti merah ringan, meranti merah berat, mersawa, kapur, bangkirai, dan merbau. Serta penelitian yang dilakukan oleh Sadiyo et al. (2012) mengenai analisis kekuatan sambungan geser ganda enam jenis kayu pada berbagai sesaran menurut diameter dan jumlah baut dengan 6 jenis kayu yaitu kayu bangkirai, punak, meranti, sengon, bintangur, dan kapur.
Kekuatan sambungan kayu dipengaruhi oleh komponen pembentuk sambungan, yaitu sortimen kayu yang akan disambung, alat penyambung dan tipe atau bentuk sambungan yang akan dibuat. Sortimen kayu yang akan disambung akan mempengaruhi kekuatan sambungan karena adanya perbedaan sifat fisis pada kayu (Susanto, 2017). Komponen pembentuk sambungan yang mempengaruhi kekuatan sambungan kayu antara lain balok kayu dan alat penyambung, kombinasi sambungan yang menggunakan balok kayu dengan variasi ketebalan yang berbeda akan memberikan nilai kekuatan sambungan yang berbeda pula terhadap beban tarik. Berdasarkan uraian di atas, maka dilakukan penelitian untuk mengetahui kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada jenis kayu terap (Artocarpus odoratissimus) menggunakan variasi ketebalan kayu dan diameter baut.
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini sebagai berikut :
1. Menentukan sifat fisis, sifat mekanis, dan kuat tumpu baut pada kayu Terap (Artocarpus odoratissimus).
2. Menentukan pengaruh variasi ketebalan kayu dan diameter baut terhadap nilai kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada kayu Terap (Artocarpus odoratissimus).
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian ini sebagai berikut :
1. Memberikan informasi berupa sifat fisis, sifat mekanis, serta kuat tumpu baut pada kayu Terap (Artocarpus odoratissimus).
2. Memberikan informasi pengaruh variasi ketebalan kayu dan diameter baut terhadap nilai kekuatan sambungan kayu geser ganda dengan baut tunggal pada kayu Terap (Artocarpus odoratissimus).
4
TINJAUAN PUSTAKA
Identifikasi Kayu Terap (Artocarpus odoratissimus)
Terap (A. odoratissimus) termasuk anggota famili Moraceae genus Artocarpus. Pohonnya tergolong evergreen dan dapat mencapai tinggi hingga 25 meter dengan diameter 40 cm. Terap yang diperkirakan berasal dari bagian Utara Borneo ini telah dibudidayakan secara luas di Filipina. Pohon terap memiliki habitat tanah berpasir dan dapat tumbuh pada ketinggian sekitar 1000 mdpl. Terap (Artocarpus odoratissimus) termasuk salah satu dari sekitar 50 spesies pohon anggota marga Artocarpus yang pemanfaatan kayunya kurang dikenal di kalangan masyarakat luas (Andara, 2014).
Kayu terap mudah ditemukan di hutan alam Indonesia dan telah dibudidayakan dengan tujuan untuk memperoleh buahnya. Tersedianya informasi yang memadai tentang sifat-sifat kayu terap akan meningkatkan nilai guna kayu tersebut karena ada kemungkinan dapat digunakan sebagai pengganti atau pelengkap jenis-jenis kayu konvensional yang keberadaannya semakin berkurang.
Mengingat pula bentuk batang pohon terap yang silindris dengan bebas cabang yang tinggi. Masih terbatasnya pegetahuan tentang kayu terap menuntut dilakukannya penelitian tentang sifat-sifat dasar kayu ini. Perlu dilakukan kajian komprehensif tentang struktur anatomi dan beberapa sifat fisis kayu sebagai langkah awal. Diketahuinya struktur anatomi termasuk morfologi serat dan beberapa sifat fisis penting, maka macam proses pengolahan dan tujuan penggunaan kayu ini dapat dengan mudah ditentukan (Andara, 2014).
Adapun klasifikasi Ilmiah kayu terap sebagai berikut : Kingdom : Plantae
Divisi : Magnoliophyta Kelas : Magoliopsida Ordo : Morales Famili : Moraceae Genus : Artocarpus
Spesies : Artocarpus odoratissimus
Berdasarkan Petunjuk praktis sifat-sifat dasar jenis kayu Indonesia P3HH et al (2008) ciri umum pada kayu Terap antara lain warna kayu teras berwarna kuning dan akan menjadi coklat sampai coklat tua, gubal kuning pucat
5
setebal 8 - 9 cm, corak kayu mempunyai corak polos, tekstur kayu agak kasar, arah serat agak berpadu, permukaan kayu mengkilap dan agak kesat, kekerasan kayu lumayan lunak. Kayu terap dapat digunakan untuk peti sabun yang ringan, venir dalam, bare core dan untuk bangunan yang tidak memikul beban berat.
Sifat Fisis
Sifat fisis kayu adalah sifat-sifat yang berhubungan dengan fisik dan visualisasi kayu. Beberapa sifat yang tergolong sebagai sifat fisis kayu adalah berat jenis, keawetan alami, warna, higroskopik yaitu kemampuan kayu untuk menerima dan mengeluarkan air sesuai dengan keadaan lingkungannya, kadar air kayu, kerapatan, tekstur, nilai dekoratif, dan kesan raba (Dumanauw, 2001).
1. Berat jenis kayu
Berat jenis kayu adalah rasio antara kerapatan kayu dengan kerapatan air pada kondisi anomali air (4,4oC), dimana kerapatan air tersebut besarnya adalah 1 g/cm3. Dalam menentukan berat jenis kayu digunakan berat kering oven dan volume pada kayu basah, kering tanur, dan kadar air 12%. Berat jenis atau kerapatan dan kadar air kayu, terutama kadar air dibawah titik jenuh serat merupakan sifat fisik utama yang sangat mempengaruhi kekuatan atau sifat mekanik kayu (Sucahyo, 2010).
2. Kadar air kayu
Kadar air kayu adalah banyaknya air yang terkandung dalam kayu yang dinyatakan dalam persen terhadap berat kering tanurnya. Air yang terkandung dalam kayu dibedakan dalam dua macam, yaitu air bebas yang terdapat dalam rongga-rongga sel dan ruang-ruang antar sel dan air yang terikat secara kapiler dalam dinding sel (Frick, 1982).
Sifat Mekanis
Sifat mekanis kayu adalah sifat yang berhubungan dengan ukuran kemampuan kayu untuk menahan gaya luar yang membebani kayu. Untuk mengetahui berbagai parameter mengenai sifat mekanik kayu, dilakukan pengujian yang berdasarkan standar pengujian. Penetapan kekuatan kayu dilakukan menurut acuan berdasarkan pemilahan mekanis, yaitu kekuatannya dikelompokkan berdasarkan pada besarnya modulus elastisitas (Sucahyo, 2010). Ada beberapa jenis sifat mekanis yaitu kekuatan tarik, kekuatan tekan, kekuatan geser, kekuatan lentur,
6
sifat kekakuan, sifat keuletan, sifat kekerasan dan sifat ketahanan belah (Mardikanto et al., 2011). Berdasarkan P3HH et al (2008) kayu terap (Artocarpus odoratissimus) merupakan kayu dengan kelas keawetan III – IV.
1. Kuat Tekan Sejajar Serat
Kuat tekan sejajar serat kayu adalah kapasitas maksimum kayu dalam menahan beban searah sejajar serat kayu (FPL, 2010). Berdasarkan hasil pengujian kekuatan tekan maksimum sejajar serat pada penelitian Susanto (2017), bahwa nilai yang didapat berbanding lurus dengan nilai kerapatan dan berat jenis kayu.
Semakin tinggi nilai kerapatan dan berat jenis kayu maka nilai kekuatan tekan maksimum sejajar serat akan semakin tinggi pula.
2. Kuat Tarik Sejajar Serat
Kuat tarik sejajar serat kayu adalah tegangan maksimum yang diterima oleh kayu dari pengujian dengan gaya tarik yang diterapkan pada arah sejajar serat kayu (FPL, 2010). Mengingat kayu bersifat anisotropis, maka dikenal kekuatan tarik sejajar serat dan kekuatan tarik tegak lurus serat. Kalau dilihat pada arah sumbu simetrisnya, kekuatan tarik arah radial masih lebih besar daripada arah tangensial, tetapi kekuatan tarik terbesar adalah pada arah longitudinal atau kekuatan tarik sejajar serat. Kekuatan sejajar serat besarnya tergantung pada kekuatan serat yang tidak hanya terlihat secara alami dari suatu kayu, tetapi juga susunan seratnya seperti keberadaan serat miring akan mengurangi kekuatan tarik sejajar serat (Mardikanto et al., 2011).
3. Kuat Geser Kayu
Kekuatan geser adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya-gaya yang membuat suatu bagian kayu tersebut turut bergeser dari bagian lain didekatnya. Bila pemberian beban telah melewati batas proporsi, maka benda akan mengalami perubahan bentuk yang tetap. Jika pembebanan dilanjutkan, maka benda akan mengalami kerusakan dan lama-kelamaan akan patah (Malau et al., 2018).
Kekuatan geser menggambarkan semakin besar kerapatan atau berat jenis maka semakin besar nilai kekuatannya. Hal ini sesuai dengan pendapat Sadiyo et al., (2017) bahwa faktor dalam yang memengaruhi sifat mekanis kayu adalah kadar air, kerapatan atau berat jenis, dan lain sebagainya.
7
4. Kekerasan Kayu
Kekerasan kayu adalah ukuran kemampuan kayu untuk menahan indentasi (indentention) atau tekanan setempat atau pijitan pada permukaan kayu. beban yang digunakan adalah setengah bola baja (diameter 0,444 inci) yang dibenamkan pada permukaan contoh uji. Sifat kekerasan kayu ini juga dapat pula dikatakan sebagai kemampuan kayu untuk menahan kikisan (abrasi) pada permukaannya (Mardikanto et al., 2011). Menurut penelitian yang dilakukan Herawati (2018) terhadap kayu merbau menunjukkan nilai kekerasan tertinggi yaitu 79 MPa dengan berat jenis 0,82 . Nilai kekerasan terendah terdapat pada kayu meranti merah ringan yaitu 24 MPa dengan berat jenis 0,43. Apabila sifat ini digabungkan dengan sifat keuletan, merupakan gabungan sifat yang sangat menentukan dalam pemakaian kayu untuk bahan bangunan.
Kuat Tumpu Baut
Kuat tumpu baut (Bolt bearing strength) adalah suatu sifat mekanik bahan yang ditentukan berdasarkan hasil uji yang menggambarkan kuat batas dari kayu di sekeliling lubang yang terbebani tekan oleh baut (Tjondro dan Suryoatmono, 2004).
Menurut (Jumaat et al., 2008) dalam (Pratiwi, 2017) nilai kuat tumpu baut secara signifikan dipengaruhi oleh kerapatan kayu, peningkatan nilai kuat tumpu baut dengan meningkatnya kerapatan kayu.
Dalam penelitian yang dilakukan oleh Sadiyo et al. (2017) kekuatan tumpu baut memiliki korelasi yang positif dengan nilai kekuatan tekan sejajar serat.
Semakin tinggi nilai kekuatan tekan sejajar serat kayu maka nilai kekuatan tumpu baut yang dihasilkan semakin tinggi juga. Dengan demikian dapat dikatakan nilai tekan sejajar serat dapat digunakan sebagai parameter untuk menduga nilai kekuatan tumpu baut yang dihasilkan. Berdasarkan Badan Standarisasi Nasional (2013), besar kuat tumpu baut kayu tergantung pada berat jenis, arah serat dan diameter pasak yang digunakan. Pasak atau alat pengencang yang biasanya digunakan di Indonesia adalah paku, sekrup, dan baut.
Kuat Leleh Lentur Baut
Kuat leleh lentur baut adalah nilai yang digunakan untuk memprediksi kapasitas beban suatu baut yang dibentangkan dan diberikan beban tekan pada arah tegak lurus. Baut merupakan salah satu jenis alat sambung mekanis atau pengencang yang banyak digunakan dalam sambungan kayu. Baut umumnya
8
digunakan untuk memikul beban-beban yang lebih besar dibandingkan dengan beban yang dipikul oleh alat sambung lain seperti paku. Pemakaian baut umumnya pada sambungan dengan pembebanan lateral (Breyer et al., 2007).
Berdasarkan model batas leleh, nilai desain acuan pengencang yang memikul beban lateral geser dipengaruhi antara lain oleh kekuatan leleh lentur (bending yield strength, Fyb) pengencang. Kekuatan leleh lentur pengencang (Fyb) dalam Standar Nasional Indonesia (SNI) 7973:2013 ditentukan berdasarkan metode offset 5% diameter (0.05D) dari kurva beban perpindahan yang diperoleh pada pengujian lentur pengencang. Metode pengujian lentur pengencang mengacu pada ASTM F1575: Standard Test Method for Determining Bending Yield Moment of Nails (ASTM 2014c) yaitu metode pengujian standar untuk menentukan momen leleh lentur paku, dalam mengestimasi nilai Fyb untuk pengencang pendek dengan diameter besar (Herawati, 2018).
Sambungan Kayu
Sambungan kayu adalah dua batang kayu atau lebih yang disambung sehingga menjadi satu batang kayu yang panjang maupun tegak lurus dalam satu bidang datar atau bidang dua dimensi. Ditinjau dari sudut konstruksi, sambungan merupakan bagian yang terlemah dari suatu konstruksi kayu (Siagian, 2014).
Tujuan penyambungan kayu adalah untuk memperoleh panjang yang diinginkan atau membentuk suatu konstruksi rangka batang sesuai dengan yang diinginkan.
Sambungan pada suatu konstruksi merupakan titik kritis atau terlemah pada konstruksi tersebut (Agussalim, 2010).
Baut tersedia dipasaran dalam berbagai variasi baik dari segi dimensi maupun material pembentuknya namun belum tersedia informasi mengenai nilai kekuatannya yang diperlukan bila baut tersebut akan digunakan untuk keperluan konstruksi kayu. Diameter baut untuk keperluan konstruksi kayu mulai dari 1/4 inci (6.35 mm) hingga 1 inci (25.4 mm). Baut besi tersedia hingga panjang 16 inci (40 cm) dan baut baja maksimal hanya 6 inci (15 cm) (Herawati et. al., 2017).
Berdasarkan NDS (2015) nilai desain lateral acuan (Z) hasil pengujian ditentukan dengan menggunakan nilai beban leleh (Py) dibagi dengan faktor normalisasi (Kc) atau faktor reduksi (Rd).
9
Teori European Yield Model dengan dasar empat ragam kerusakan akibat lelehnya baut dan hancurnya kayu mulai diperkenalkan pada tahun 1949. Ragam keruntuhan pada sambungan geser tunggal yaitu:
1. Ragam Leleh I : kayu hancur baik pada balok sisi ataupun utama dengan kekuatan baut lebih besar dari kayu. Ragam Im kayu utama yang hancur, sedangkan ragam Is kayu sekunder yang hancur.
2. Ragam Leleh II : kayu hancur lokal dekat muka balok kayu karena privoting/berputarnya baut kaku terhadap bidang geser.
3. Ragam Leleh III : baut leleh terhadap lentur dengan satu titik sendi plastis per bidang geser dan dengan hancurnya kayu. Ragam IIIm kayu utama yang hancur dan sendi plastis baut di kayu sekunder, sedangkan ragam IIIs kayu sekunder yang hancur dan sendi plastis di kayu utama.
4. Ragam Leleh IV : baut leleh terhadap lentur dengan dua titik sendi plastis per bidang geser dan dengan hancurnya kayu. Pada sambungan dengan geser ganda, tidak terjadi keruntuhan sambungan geser kayu ragam II dan ragam IIIm (Breyer et. al., 2007).
10
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan pada bulan Mei 2019 sampai dengan Mei 2020.
Penelitian dilaksanakan di Workshop dan Laboratorium Teknologi Hasil Hutan, Departemen Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Universitas Sumatera Utara.
Alat
Alat yang digunakan yaitu mesin gergaji, mesin bor, mesin serut (double planer), oven, kipas angin, sticker kayu, timbangan analitik, penggaris, kaliper.
Mesin yang digunakan untuk pengujian sifat mekanis (kekuatan tekan sejajar serat, tarik sejajar serat. geser sejajar serat, kekerasan kayu, kuat tumpu baut, kuat leleh lentur dan sambungan kayu) menggunakan Universal Testing Machine (UTM) Tensilon kapasitas 5 ton.
Bahan
Bahan yang digunakan yaitu kayu terap (Artocarpus odoratissimus) dalam bentuk balok berukuran 220 cm x 12 cm x 6 cm sebanyak 50 buah. Alat yang digunakan pada sambungan yaitu baut dengan dua ukuran diameter yaitu 8,3 mm dan 11,1 mm.
Prosedur Penelitian Persiapan Bahan
Bahan yang dipersiapkan yaitu kayu terap dan baut. Sebelum kayu dipotong menjadi contoh uji, terlebih dahulu dilakukan pengeringan kayu dengan menggunakan kipas angin untuk mendapatkan kadar air kering udara atau kesetimbangan. Baut yang digunakan terdiri dari dua ukuran diameter yaitu 8,3 mm dan 11,1 mm. Untuk uji kuat leleh lentur baut disiapkan baut dengan panjang bentang 11,5 D yaitu 9,5 cm dan 12,8 cm sesuai standard ASTM F-1575-03 sebanyak 10 buah pada masing-masing ukuran diameter. Pada uji kuat tumpu baut menggunakan baut dengan panjang 7 inci sebanyak 10 buah pada masing-masing diameter. Sedangkan untuk uji kuat sambungan kayu menggunakan baut dengan panjang 5 inci, 7 inci, dan 8 inci sebanyak 10 buah pada masing-masing ukuran diameter.
11
Pemotongan Contoh Uji
Balok kayu yang telah dikeringkan selanjutnya dipotong menjadi balok dengan beberapa ukuran yang lebih kecil. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar (2) dan gambar (3):
Gambar 1. Sketsa pemotongan balok kayu menjadi contoh uji sifat fisis dan mekanis (I) dan contoh uji geser sambungan ganda (1, 2, 3, 4, dan 5).
Gambar 2. Contoh uji sambungan kayu.
Pengujian Sifat Fisis Kayu
Sifat fisis yang diuji adalah kadar air dan berat jenis yang mengacu pada standar ASTM D 4442–92 untuk penentuan kadar air, dan ASTM D 2395–02 untuk penentuan berat jenis kayu. Kadar air dan berat jenis kayu menggunakan contoh uji yang berukuran 2,5 x 2,5 x 2,5 cm. Contoh uji dalam keadaan kering udara yang telah ditimbang beratnya (BKU) dan diukur dimensinya (VKU) lalu dikeringkan dalam oven pada suhu (103±2)oC selama 2 x 24 jam atau sampai mencapai berat konstan kemudian ditimbang sehingga diperoleh berat kering oven (BKO). Nilai kadar air dan berat jenis dihitung melalui persamaan:
KA(%) = BKU- BKO
BKO × 100%
Berat Jenis (BJ) = BKO / VKO ρair
12
Kerapatan = BKU
VKU × 100%
Keterangan :
KA : Kadar Air (%) ρ : Massa Jenis (g/cm3) BKU : Berat Kering Udara (g) BKO : Berat Kering Oven (g) VKO : Volume Kering Oven (cm3) VKU : Volume Kering Udara (cm3) ρair : 1 g/cm3
Gambar 3. Penimbangan contoh uji.
Pengujian Sifat Mekanis Kayu
Pengujian sifat mekanis yang dilakukan adalah tekan sejajar serat, tarik sejajar serat, kekerasan, serta geser sejajar serat yang berdasarkan pada standar ASTM D143–14: Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber (ASTM, 2014a) menggunakan UTM Tensilon dengan kapasitas 5 ton. Pengujian sifat mekanis dilakukan pada arah sejajar serat untuk membandingkan hubungan antara kuat tumpu baut yang dilakukan dengan arah sejajar serat.
Pengujian tekan sejajar serat atau Maximum Crushing Strength (MCS) dilakukan dengan menggunakan contoh uji yang berukuran (2,5 x 2,5 x 10) cm sebanyak 10 ulangan berdasarkan ASTM D143–14 dan mesin UTM Tensilon.
Pengujian tekan sejajar serat dilakukan dengan meletakkan contoh uji secara vertical dan memberikan beban pada contoh uji secara perlahan sehingga mengalami kerusakan, kecepatan pada mesin UTM sekitar 0,6 mm/menit sampai beban maksimum. Nilai kekuatan tekan sejajar serat dihitung dengan menggunakan persamaan:
MCS = PMaks A
13
Keterangan :
MCS : Kekuatan tekan maksimum sejajar serat kayu (kg/cm2) Pmaks : Beban tekan maksimum sampai terjadi kerusakan (kg) A : Luas penampang (cm2)
Gambar 4. Pengujian tekan sejajar serat
Pengujian kekuatan tarik sejajar serat menggunakan contoh uji berukuran (2,5 x 2,5 x 46) cm sebanyak 10 ulangan. Pengujian meletakkan contoh uji pada pegangan dari mesin UTM. Setelah terpasang contoh uji dilakukan pembebanan tarik pada mesin UTM dengan kecepatan pembebanan sekitar 1mm/menit sampai beban maksimum hingga bagian terkecil pada contoh uji mengalami kerusakan.
Nilai kekuatan tarik sejajar serat dihitung dengan menggunakan persamaan:
σ
tarik// = PMaks A Keterangan :σtarik// : Kekuatan tarik sejajar serat (kg/cm2) PMaks : Beban tarik maksimum (kg)
A : Luas Penampang (cm2)
Gambar 5. Pengujian tarik sejajar serat
Pengujian geser sejajar serat dilakukan dengan menggunakan contoh uji berukuran (5 x 5 x 6) cm sebanyak 10 ulangan dengan cara pengujian meletakkan
14
contoh uji pada penyamgga dari mesin UTM. Setelah itu pemberian beban tekan vertical secara merata di daerah yang dibelah pada contoh uji sampai mengalami kerusakan pada bagian tengah contoh uji, kecepatan beban yang digunakan sekitar 0,6 mm/menit. Nilai kekuatan geser sejajar serat dihitung dengan menggunakan persamaan:
τ
// = PMaks A Keterangan:τ// : Tegangan geser sejajar serat (kg/cm2) PMaks : Beban geser maksimum (kg)
A : Luas Penampang (cm2)
Gambar 6. Pengujian geser sejajar serat
Pengujian kekerasan kayu atau hardness dilakukan dengan menggunakan contoh uji (5 x 5 x 15) cm sebanyak 10 ulangan. Pengujian dilakukan dengan cara meletakkan contoh uji pada penyangga dari mesin UTM, kemudian dipasang alat pembebanan yang seperti bola kecil dengan 1/2 diameter yang berukuran 6,07 mm.
Setelah itu dilakukan pembebanan pada contoh uji sehingga 1/2 bola baja tersebut masuk pada contoh uji, kecepatan pembebanan sekitar 6 mm/menit. Nilai uji kekerasan kayu dihitung dengan menggunakan persamaan:
A
H P
m aksKeterangan :
H = Kekerasan (kg/cm2 )
Pmaks = Beban maksimum sampai terjadi kerusakan (kg) A = Luas penampang setengah bola baja (cm2 )
15
Gambar 7. Pengujian kekerasan kayu Pengujian Kuat Tumpu Baut
Pengujian kekuatan tumpu baut dilakukan berdasarkan pada standar ASTM D5764–97a (Reapproved 2013), pengujian kekuatan tumpu baut dilakukan pada arah sejajar serat kayu, ukuran contoh uji yang digunakan berdasarkan ASTM D5764 – 97 yang dimodifikasi dengan ukuran (5 x 5 x 5) cm sebanyak 20 buah.
Pengujian dilakukan pada 2 diameter baut yang berbeda yaitu yaitu 1/2 inci (±12 mm) dan 3/8 inci (±9,5 mm) masing-masing sebanyak 10 buah. Pengujian kuat tumpu dilakukan dengan meletakkan baut dibagian setengah lingkaran yang telah disediakan pada contoh uji, kemudian contoh uji diletakkan pada mesin UTM dan dilakukan pengujian dengan cara tekan, kecepatan pembebanan yang diberikan sekitar 1 mm/menit dan pengujian berakhir setelah baut tertanam setengah diameter baut pada contoh uji atau tercapai beban maksimum. Nilai uji kuat tumpu baut dihitung dengan menggunakan persamaan:
Fe = P0.05D d t Keterangan:
Fe : Kekuatan tumpu baut (kg/cm2)
P0.05D : Beban leleh pada offset 5% diameter baut (kg) d : Diameter baut (cm)
t : Ketebalan contoh uji kayu (cm)
Gambar 8. Pengujian kekuatan tumpu baut
16
Pengujian Leleh Lentur Baut
Pengujian leleh lentur baut dilakukan berdasarkan pada standar ASTM F1575–03 (Reapproved 2014c) menggunakan baut besi dengan 2 diameter baut yang berbeda yaitu 1/2 inci (±12 mm) dan 3/8 inci (±9,5 mm) dengan ulangan sebanyak 10 buah setiap diameter baut besi. Pengujian dilakukan dengan menetapkan batas defleksi sebesar 7 mm, baut diletakkan pada penyangga mesin UTM dengan berjarak 11,5 kali diameter baut dan kecepatan pembebanan sekitar 0,1 mm/menit. Nilai uji leleh lentur baut dihitung dengan menggunakan persamaan:
Fyb = My S Keterangan :
Fyb : Kekuatan leleh lentur baut.
My : Momen yang dihitung berdasarkan beban yang diperoleh pada pengujian (My = PSbp/4, P = beban yang ditentukan dari kurva beban-perpindahan, Sbp = jarak titik tumpu).
S : Modulus penampang plastis efektif untuk sendi plastis penuh (S = D3 /6, D = diameter baut).
Gambar 9. Pengujian leleh lentur baut Pengujian Kuat Sambungan Kayu Geser Ganda
Pengujian kuat sambungan kayu geser ganda dilakukan berdasarkan standar ASTM D5652–15: Standard Test Methods for Bolted Connections in Wood and Wood-Based Products (ASTM, 2015). Contoh uji yang digunakan pada pengujian sambungan kayu terdiri dari tiga ketebalan antara lain 2.5cm, 3.8cm dan 5.0 cm dan dikombinasikan dengan 3 kombinasi ketebalan kayu (2.5-5.0-2.5cm, 3.8-5.0-3.8cm, 5.0-5.0-5.0 cm) dengan ulangan sebanyak 5 kali ulangan pada setiap ketebalan dan diameter baut 1/2 inci (±12 mm) dan 3/8 inci (±9.5 mm). Elemen kayu yang
17
disambung pada setiap kombinasi ketebalan berasal dari jenis kayu yang sama, sehingga diharapkan memiliki berat jenis yang relatif sama.
Pengujian kuat sambungan kayu geser ganda dilakukan berdasarkan standar ASTM D5652–15: Standard Test Methods for Bolted Connections in Wood and Wood-Based Products (ASTM, 2015). Baut dimasukkan ke dalam lubang yang telah dibuat pada elemen kayu (utama dan sisi) yang akan disambung, baut dikencangkan dengan memasang cincin (ring) dan mur sehingga posisinya rapat dengan sambungan. Sambungan kayu selanjutnya dipasang pada pemegang (grip) yang telah terpasang pada mesin UTM. Pengujian menggunakan UTM Tensilon kapasitas 5 ton dengan kecepatan pembebanan sekitar 1 mm/menit (beban maksimum dicapai dalam rentang waktu 5 hingga 20 menit). Pengujian dihentikan jika telah mencapai beban maksimum yang ditandai dengan kerusakan kayu yang disambung. Pengamatan terhadap tipe kerusakan pada masing-masing sambungan dilakukan setelah pengujian. Tipe kerusakan disesuaikan dengan mode leleh pada sambungan tipe dowel.
Gambar 10. Pengujian kuat sambungan kayu
Gambar 11. Model atau tipe kerusakan berdasarkan model batas leleh
(Sumber: AWC, 2014)
18
Kemudian dilakukan perhitungan kekuatan sambungan kayu berdasarkan pendekatan teoritis dan empiris (hibrida). Besar nilai kekuatan sambungan dihitung berdasarkan persamaan model batas leleh (yield limit equation) untuk sambungan kayu geser ganda menurut NDS 2015, namun variabel-variabel dalam persamaan tersebut didapatkan dari hasil pengujian yang telah dilakukan. Nilai kekuatan sambungan kayu berdasarkan NDS 2015 merupakan nilai kekuatan sambungan berdasarkan pendekatan ASD (Allowable Stress Design) dengan nilai yang digunakan ditentukan berdasarkan kondisi tertentu. Kondisi tersebut mencakup pembebanan normal (10 tahun), kayu digunakan dalam kondisi pelayanan yang kering, tidak terpapar suhu yang tinggi dan sebagainya (Breyer et.al., 2007).
Nilai desain lateral acuan (Z) hasil pengujian ditentukan dengan menggunakan nilai beban leleh (Py) dibagi dengan faktor normalisasi (Kc) atau faktor reduksi (Rd) berdasarkan mode leleh sesuai tipe kerusakan (Tabel 2). Kc dan Rd untuk mode leleh I = 4, II= 3.6, III dan IV = 3.2 untuk ukuran diameter pengencang 0.25 hingga 1 inci pada pembebanan sejajar serat (AWC, 2015). Nilai kekuatan sambungan kayu dihitung berdasarkan beban leleh (Py) dibagi dengan faktor normalisasi (Kc) atau faktor reduksi (Rd) berdasarkan mode leleh sesuai tipe kerusakan (Tabel 1). Nilai Z berdasarkan NDS 2015 dihitung dengan menggunakan persamaan:
Tabel 1. Persamaan nilai model batas leleh sambungan kayu geser ganda Model batas leleh Sambungan kayu geser ganda
Im Z = D lm Fem
Rd
Is Z = 2 D ls Fes
Rd
IIIs Z = 2 k3 ls Fes
(2 + Re)Rd
IV Z = 2 D2
Rd √2 Fem Fyb 3 (1+Re) (Sumber : AWC, 2014)
Catatan :
K3 = 1 +√2 (1+Re)
Re +2 Fyb (2+Re) D2 3 Fem ls 2 Keterangan :
Z : Kekuatan sambungan kayu atau desain lateral (kg)
19
Fyb : Kekuatan leleh lentur baut (kg/cm2) D : Diameter baut (cm)
Rd : Faktor reduksi (lihat tabel 2.) Re : Fem / Fes
lm : Penetrasi baut dalam batang kayu utama (cm) ls : Penetrasi baut dalam batang kayu pendukung (cm) Fem : Kekuatan tumpu baut kayu utama (kg/cm2)
Fes : Kekuatan tumpu baut kayu pendukung (kg/cm2) Tabel 2. Faktor Reduksi (Rd)
Diameter baut Model leleh Faktor reduksi
1/4 in ≤ D ≤ 1 in Im, Is 4Kθ
II 3.6Kθ
IIIm,IIIs, IV 3.2Kθ
D < 1/4 in Im, Is, IIIm, IIIs, IV KD1
(Sumber : AWC, 2014)
Catatan :
K : 1 + 0.25 (θ/90)
θ : Sudut maksimum antara arah pembebanan dan arah serat (0o ≤ θ ≤ 90o) pada penyusun sambungan kayu.
D : Diameter Baut (in).
KD : 2.2 untuk D ≤ 0.17 in.
KD : 10D + 0.5 untuk 0.17 in ≤ D ≤ 0.25 in.
Analisis Data
Analisis data menggunakan metode statistika faktorial dalam rancangan acak lengkap (Faktorial RAL). Faktor A adalah diameter baut yang teridiri dari dua jenis diameter (8.3 mm dan 11.1 mm). Faktor B adalah kombinasi ketebalan kayu yang terdiri dari tiga kombinasi (2.5-5.0-2.5, 3.8-5.0-3.8, 5.0-5.0-5.0 cm). Data hasil penelitian diolah dengan menggunakan program SPSS (Statistical Package for the Social Sciences) 25.0 dan Microsoft Excel 2010. Menurut Sulistyaningsih (2010) model matematika yang digunakan adalah:
Yij = µ + αi + βj + (αβ)ij + Ԑij
Keterangan :
Yijk : Beban pada diameter baut ke-i dan kombinasi ketebalan kayu ke-j.
µ : Rataan umum.
αi : Pengaruh diameter baut ke-i.
βj : Pengaruh kombinasi ketebalan kayu ke-j.
(αβ)ij : Pengaruh interaksi antara diameter baut ke-i dan kombinasi ketebalan kayu ke-j.
Ԑij : Pengaruh acak dari diameter baut ke-i dan kombinasi ketebalan kayu ke-j
20
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisis Kayu
Hasil perhitungan nilai rata-rata sifat fisis dari kayu terap (Artocarpus odoratissimus) dapat dilihat pada Tabel 3. Nilai berat jenis kayu terap
dihitung dengan kondisi berat kering oven (BKO).
Tabel 3. Nilai rata-rata sifat fisis
Jenis Pengujian Nilai Rata-Rata
Kadar Air (%) 12,66
Berat Jenis 0,33
Kerapatan (g/cm3) 0,35
Kadar air (KA) kayu merupakan banyaknya air yang terdapat dalam kayu yang dinyatakan dalam persen terhadap berat kering tanurnya (Sari, 2013).
Berdasarkan hasil pengujian kadar air kayu, diperoleh nilai rata-rata kadar air kayu terap yaitu sebesar 12,66% dengan nilai kadar air paling tinggi yaitu sebesar 15,01% dan yang paling rendah yaitu sebesar 11,5%. Dari hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan nilai kadar air kayu terap telah mencapai kadar air kering udara yaitu sebesar 5 – 20% (Susanto, 2017). Kondisi seperti ini akan membuat kekuatan kayu meningkat karena saat air dikeluarkan dari dinding sel, molekul- molekul berantai panjang bergerak saling mendekat dan menjadi terikat lebih kuat (Idris et al., 2019).
Nilai kerapatan kayu dapat menggambarkan kekuatan kayu dimana nilai tersebut berbanding lurus, dengan semakin besarnya nilai kerapatan suatu kayu maka kayu tersebut akan semakin kuat (Sadiyo et al., 2012). Berdasarkan hasil pengujian berat jenis kayu, diperoleh nilai rata-rata berat jenis kayu terap yaitu sebesar 0,33 dengan nilai berat jenis paling tinggi yaitu sebesar 0,38 dan yang paling rendah yaitu sebesar 0,26. Dari penelitian yang dilakukan Andara (2014) nilai rata-rata berat jenis kayu terap sebesar 0,31. Berdasarkan nilai berat jenis kayu, kayu terap masuk ke dalam kelas kuat IV, hal ini tidak jauh berbeda dengan pernyataan P3HH et al (2008) bahwa kayu terap masuk ke dalam kelas kuat III-IV.
Berdasarkan hasil pengujian kerapatan kayu, diperoleh nilai rata-rata kerapatan kayu terap yaitu sebesar 0,35 g/cm3 dengan nilai kerapatan paling tinggi yaitu sebesar 0,40 g/cm3 dan yang paling rendah yaitu sebesar 0,26 g/cm3. Dari
21
penelitian yang dilakukan Andara (2014) nilai rata-rata kerapatan kayu terap sebesar 0,35 g/cm3. Haygreen dan Bowyer (1996) menjelaskan bahwa dua ciri fisik kerapatan dan berat jenis digunakan untuk menerangkan massa suatu bahan persatuan volume. Ciri-ciri ini umumnya digunakan dalam hubungannya dengan semua tipe bahan. Pada kayu kecil bebas cacat umumnya peningkatan berat jenis dan kerapatan kayu berbanding lurus dengan kekuatannya.
Sifat Mekanis Kayu
Berdasakan penelitian yang dilakukan hasil perhitungan nilai rata-rata sifat mekanis kayu terap (Artocarpus odoratissimus) yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Nilai rata-rata sifat mekanis
Jenis Pengujian Nilai Rata-Rata
Kekuatan tekan // serat (kgf/cm2) 207
Kekuatan tarik // serat (kgf/cm2) 365
Kekuatan geser // serat (kgf/cm2) 67
Kekerasan (kgf/cm2) 119
Kuat tekan sejajar serat kayu adalah kapasitas maksimum kayu dalam menahan beban searah sejajar serat kayu (FPL, 2010). Berdasarkan hasil pengujian kuat tekan sejajar serat kayu, diperoleh nilai rata-rata kuat tekan sejajar serat kayu terap yaitu sebesar 207 kgf/cm2 dengan nilai yang paling rendah sebesar 129 kgf/cm2 dan yang paling tinggi sebesar 257 kgf/cm2. Berdasarkan petunjuk praktis sifat-sifat dasar jenis kayu Indonesia P3HH et al (2008) bahwa kayu terap masuk ke dalam kelas kuat III-IV. Nilai kekuatan tekan sejajar serat kayu yang diperoleh pada penelitian ini umumnya tidak mencapai pada nilai yang terdapat dalam petunjuk praktis sifat-sifat dasar jenis kayu Indonesia yaitu 225,35 - 339,23 kgf/cm2 (P3HH et al., 2008). Hal ini disebabkan karena nilai berat jenis kayu terap pada penelitian ini rataannya lebih rendah dibandingkan yang terdapat dalam petunjuk praktis sifat-sifat dasar jenis kayu Indonesia P3HH et al (2008).
Semakin tinggi nilai kerapatan dan berat jenis kayu maka nilai kekuatan
tekan dan tarik maksimum dan sejajar serat akan semakin tinggi pula (Susanto, 2017), hal ini disebabkan karena perbedaan tempat tumbuh suatu pohon
dapat membuat kayu memiliki berat jenis dan kerapatan kayu yang berbeda walaupun pada jenis kayu yang sama. Banyak faktor yang dapat mempengaruhi
22
perbedaan berat jenis antara lain adalah tempat tumbuh, iklim, lokasi geografis, dan spesies. Faktor-faktor yang berhubungan dengan tempat tumbuh sebagian besar ditentukan oleh tinggi tempat tumbuh, kemiringan, tipe tanah, komposisi tegakan, dan garis lintang. Semua faktor ini dapat mempengaruhi ukuran dan ketebalan dinding sel sehingga nilai berat jenis dapat berbeda apabila tempat tumbuh pohon suatu jenis kayu berbeda (Shmulsky dan Jones, 2011).
Kuat tarik sejajar serat kayu adalah tegangan maksimum yang diterima oleh kayu dari pengujian dengan gaya tarik yang diterapkan pada arah sejajar serat kayu (FPL, 2010). Berdasarkan hasil pengujian kuat tarik sejajar serat kayu, diperoleh nilai rata-rata kuat tarik sejajar serat kayu terap yaitu sebesar 365 kgf/cm2 dengan
nilai yang paling rendah sebesar 144 kgf/cm2 dan yang paling tinggi sebesar 586 kgf/cm2. Pada pengujian ini nilai tarik sejajar serat kayu terap tidak tersedia
dalam petunjuk praktis sifat-sifat dasar jenis kayu Indonesia P3HH et al (2008) sehingga tidak dapat dibandingkan. Berdasarkan hasil penelitian yang didapatkan bahwa nilai kuat tarik sejajar serat memiliki hubungan dengan nilai kuat tekan sejajar serat. Sehingga, semakin tinggi nilai berat jenis dan kerapatan kayu maka kekuatan pada kayu dalam menahan beban tarik dan tekan sejajar serat akan semakin tinggi begitu juga sebaliknya, akan tetapi pernyataan tersebut tidak selalu berbanding lurus. Hal tersebut dibuktikan oleh Sucahyo (2010) dalam penelitiannya pada kayu rasmala bahwa berat jenis bukanlah merupakan satu-satunya variabel utama semata dalam menentukan kekuatan suatu jenis kayu. Walaupun secara umum terdapat tendensi yang sangat kuat bahwa kerapatan berbanding lurus dengan kekuatan kayu. Oleh karena itu dapat dinyatakan bahwa kekuatan tarik dan tekan sejajar serat kayu dapat juga dipengaruhi oleh kadar air, struktur anatomi, dan kuat tidaknya ikatan antar sel-sel penyusun kayu.
Kekuatan geser adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya - gaya yang membuat suatu bagian kayu tersebut turut bergeser dari bagian lain didekatnya (Malau et al., 2018). Berdasarkan hasil pengujian kekuatan geser sejajar serat kayu, diperoleh nilai rata-rata kekuatan geser sejajar serat kayu terap yaitu sebesar 67 kgf/cm2 dengan nilai yang paling rendah sebesar 56 kgf/cm2 dan yang paling tinggi sebesar 82 kgf/cm2. Nilai kekuatan geser sejajar serat yang diperoleh di atas nilai geser sejajar serat kayu terap dalam petunjuk praktis sifat-sifat dasar jenis kayu
23
Indonesia P3HH et al (2008) yaitu sebesar 58,97 kgf/cm2 dan kayu terap termasuk kelas kuat III-IV. Hal ini sama dengan kelas kuat kayu terap yang diperoleh berdasarkan berat jenisnya yaitu kelas kuat kayu III-IV. Berdasarkan hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi nilai berat jenis pada kayu, maka akan semakin tinggi pula nilai kekuatan geser sejajar seratnya. Berdasarkan penelitian Herawati (2018), dapat diketahui bahwa kekuatan geser sejajar serat memiliki hubungan yang positif dengan nilai kuat tumpu yang dihasilkan sehingga dapat menjadi salah satu parameter untuk menduga kekuatan sambungan kayu. Kekuatan geser kayu sangat berpengaruh terhadap kekuatan kayu dalam menopang beban terutama di daerah sambungan kayu. Agar kayu dapat menopang beban lebih besar maka kayu juga harus memiliki kuat geser yang besar.
Kekerasan kayu adalah ukuran kemampuan kayu untuk menahan indentasi (indentention) atau tekanan setempat atau pijitan pada permukaan kayu, beban yang digunakan adalah setengah bola baja (diameter 0,444 inci) yang dibenamkan pada permukaan contoh uji (Mardikanto et al., 2011). Berdasarkan hasil pengujian kekerasan kayu, diperoleh nilai rata-rata kekerasan kayu terap yaitu sebesar 119 kgf/cm2 dengan nilai yang paling rendah sebesar 87 kgf/cm2 dan yang paling tinggi sebesar 175 kgf/cm2. Menurut Mardikanto et al, (2011) pada dasarnya sifat kekerasan kayu dipengaruhi oleh kerapatannya, tetapi selain itu ditentukan pula oleh keuletan kayu, ukuran serat kayu, daya ikat antar serat kayu serta susunan serat kayunya. Penelitian yang dilakukan oleh Herawati (2018) membuktikan bahwa hubungan antara kuat tumpu baut dengan kekuatan tarik, tekan, geser dan kekerasan menunjukkan korelasi yang tinggi seperti halnya antara berat jenis dan sifat kekuatan kayu.
Kuat Tumpu Baut
Kuat tumpu baut (Bolt bearing strength) adalah suatu sifat mekanik bahan yang ditentukan berdasarkan hasil uji yang menggambarkan kuat batas dari kayu di sekeliling lubang yang terbebani tekan oleh baut (Tjondro dan Suryoatmono, 2004).
Hasil perhitungan nilai rata-rata kuat tumpu serat sejajar serat dapat dilihat pada tabel 5. Nilai kuat tumpu baut yang digunakan untuk menduga nilai kekuatan sambungan kayu pada penelitian ini adalah nilai kuat tumpu sejajar serat.
24
Tabel 5. Nilai kuat tumpu baut kayu terap, NDS 2015 dan SNI 7973 berdasarkan Berat jenis kayu.
Diameter (mm)
Fe//
(kgf/cm2)
Fe// NDS 2015 BJ = 0,33 (kgf/cm2)
Fe// SNI BJ = 0,33 (kgf/cm2)
8,3 228
260 235
11,1 185
Berdasarkan hasil pengujian kuat tumpu baut maksimum sejajar serat diperoleh nilai rata-rata kuat tumpu baut berdiameter 8,3 mm yaitu sebesar 228 kgf/cm2 dan pada nilai rata-rata kuat tumpu baut berdiameter 11,1 mm yaitu sebesar 185 kgf/cm2. Nilai kuat tumpu baut sejajar serat pada kayu terap yang diperoleh dalam penelitian ini umumnya masih berada dibawah kisaran NDS 2015 (AWC, 2014) dan SNI 7973 (BSN, 2013) ini disebabkan karena berat jenis pada penelitian ini lebih rendah. Namun pada nilai kuat tumpu 8,3 mm tidak berbeda jauh dengan nilai kuat tumpu pada SNI 7973 BJ = 0,33 dan berbeda nyata nilai kuat tumpu 11,1 mm dengan nilai kuat tumpu NDS 2015 BJ = 0,33. Nilai kuat tumpu baut pada beberapa kayu di Indonesia memiliki korelasi positif terhadap nilai berat jenis kayu, kekuatan tarik, kekuatan tekan, kekuatan geser dan nilai kekerasan kayu yang dihasilkan (Herawati et al., 2018).
Berdasarkan penelitian kuat tumpu kayu terap ini, semakin besar diameter baut maka semakin rendah nilai kuat tumpu yang diperoleh. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Sucahyo et al. (2017), bahwa nilai kekuatan tumpu baut pada diameter baut 1/2 inci, 5/4 inci dan 3/8 inci mengalami penurunan kekuatan seiring dengan bertambahnya ukuran diameter baut. Pengujian pada baut dengan diameter yang lebih besar luasan kayu yang harus dilubangi juga lebih besar sehingga batas kekuatannya menjadi lebih rendah. Nilai kekuatan tumpu baut dipengaruhi oleh ukuran dan jenis lubang baut tempat baut akan dimasukkan ke kayu. Lubang baut yang terlalu besar akan menyebabkan ketidakseragaman tumpuan baut sedangkan lubang baut yang terlalu kecil akan membuat kayu retak atau pecah saat baut akan dimasukkan atau diberi beban (FPL, 2010).
Dalam penelitian yang dilakukan oleh Sadiyo et al. (2017) kekuatan tumpu baut memiliki korelasi yang cukup positif dengan nilai kekuatan tekan sejajar serat.
Semakin tinggi nilai kekuatan tekan sejajar serat kayu maka nilai kekuatan tumpu baut yang dihasilkan semakin tinggi juga. Dengan demikian dapat dikatakan nilai
25
tekan sejajar serat dapat digunakan sebagai parameter untuk menduga nilai kekuatan tumpu baut yang dihasilkan.
Kuat Leleh Lentur Baut
Kuat leleh lentur baut adalah nilai yang digunakan untuk memprediksi kapasitas beban suatu baut yang dibentangkan dan diberikan beban tekan pada arah tegak lurus (Breyer et al., 2007). Pengujian kuat leleh baut pada penelitian ini berdasarkan pada standar ASTM F1575-03 (2014c), dengan memberikan beban tegak lurus arah bentang baut. Beban yang digunakan untuk menghitung kekuatan leleh lentur baut bukan didasarkan pada beban tertinggi namun pada beban leleh yang ditentukan dengan metode offset 5% diameter. Kuat leleh lentur baut menjadi parameter untuk menentukan kualitas baut sebagai alat sambung.
Tabel 6. Rataan beban leleh dan kekuatan leleh lentur baut (Fyb) Diameter
(mm)
Panjang Bentang (cm)
Beban Leleh (Kgf)
Fyb
(Kgf/cm2)
8,3 9,5 227 5667
11,1 12,8 378 5306
Berdasarkan hasil penelitian ini menunjukkan bahwa semakin besar diameter baut maka nilai rata-rata kuat leleh lentur baut semakin rendah, hasil yang diperoleh Fyb untuk diameter 8,3 mm yaitu sebesar 5667 Kgf/cm2, dan diameter 11,1 mm yaitu sebesar 5306 Kgf/cm2. Nilai rata-rata beban leleh besi berturut-turut untuk diameter 8,3 mm dan 11,1 mm adalah 227 Kgf dan 378 Kgf. Berdasarkan penelitian ini, dapat dilihat bahwa ada kecenderungan menurunnya nilai kuat leleh lentur baut seiring dengan bertambahnya diameter baut. Hasil penelitian Utama (2017) menunjukkan bahwa berdasarkan uji beda rata-rata diketahui bahwa nilai leleh lentur baut setiap baut yang diuji memiliki nilai kuat leleh lentur baut yang berbeda nyata dibandingkan dengan diameter baut lainnya. Semakin besar baut maka nilai kuat leleh lentur baut yang dihasilkan semakin rendah. Pada penelitian Agussalim (2010) dengan menggunakan baut berdiameter 1/4 inci, 5/16 inci, dan 3/8 inci (6,4 mm, 7,9 mm, dan 9,4 mm) menghasilkan nilai kuat leleh lentur baut berturut-turut 5146 kg/cm2, 5422 kg/cm2, dan 5144 kg/cm2.
Sambungan Kayu
Sambungan kayu adalah dua batang kayu atau lebih yang disambung sehingga menjadi satu batang kayu yang panjang maupun tegak lurus dalam satu
26
bidang datar atau bidang dua dimensi. Ditinjau dari sudut konstruksi, sambungan merupakan bagian yang terlemah dari suatu konstruksi kayu (Siagian, 2014). Nilai kekuatan sambungan kayu terap dihitung berdasarkan NDS dengan menyesuaikan tipe kerusakan yang terjadi. Tipe kerusakan yang diamati disesuaikan dengan model kerusakan yang terdapat pada model leleh. Perbedaan tipe kerusakan pada sambungan menyebabkan perbedaan nilai formalisasi (Kc) atau faktor reduksi (Rd) yang digunakan dalam menentukan nilai kekuatan sambungan kayu dalam NDS.
Pada tipe IIIs menggunakan Kc sebesar 3,2 (AWC, 2014). Tipe kerusakan kayu terap secara umum termasuk kedalam tipe III. Tipe kerusakan III adalah suatu keadaan dimana baut berubah bentuk seperti engsel pada bagian tengah baut dan mengalami penghancuran serat kayu pada bagian samping (Breyer et al., 2007).
Tabel 7. Nilai rata-rata kekuatan sambungan kayu (Z) menurut diameter baut dan kombinasi tebal kayu berdasarkan model batas leleh dan Z eksperimental.
Tebal Kombinasi Kayu (cm-cm-cm)
Diameter baut (mm)
Z berdasarkan model batas leleh
Z Eksperimental
5-5-5 8,3 229 159
11,1 399 277
3,8-5-3,8 8,3 200 139
11,1 360 249
2,5-5-2,5 8,3 171 121
11,1 374 264
Nilai Z berdasarkan model batas leleh dapat dilihat pada tabel 7. Nilai Z yang digunakan berdasarkan persamaan tipe kerusakan pada kayu yang lebih dominan. Berdasarkan penelitian ini nilai kekuatan sambungan kayu terap yang paling tinggi terdapat pada kombinasi 5-5-5 berdiameter 11,1 mm yaitu sebesar 399 kg dan paling rendah terdapat pada kombinasi 2,5-5-2,5 cm berdiameter baut 8,3 mm yaitu sebesar 171 kg.
Nilai perhitungan dari kekuatan Z eksperimental menurut diameter baut dan kombinasi tebal kayu dapat dilihat pada tabel 7. Berdasarkan penelitian ini Nilai Z eksperimental kayu terap yang paling tinggi terdapat pada kombinasi 5-5-5 berdiameter 11,1 mm yaitu sebesar 277 kg dan paling rendah terdapat pada kombinasi 2,5-5-2,5 cm berdiameter baut 8,3 mm yaitu sebesar 121 kg.
Berdasarkan hasil yang didapatkan pada diameter baut 11,1 mm, nilai Z eksperimental pada kombinasi 5-5-5 cm berbeda nyata dengan nilai Z
