METODE PENGUJIAN MODULUS ELASTISITAS LENTUR KAYU KONSTRUKSI BERUKURAN STRUKTURAL
BAB I
DESKRIPSI
1.1 Maksud dan Tujuan
1.1.1 Maksud
Metode Pengujian Modulus Elastisitas Lentur Kayu Konstruksi Berukuran Struktural, dimaksudkan untuk dipakai sebagai acuan dan pegangan dalam pengujian modulus elastisitas lentur kayu konstruksi berukuran struktural.
1.1.2 Tujuan
Tujuan metode pengujian ini adalah untuk menentukan nilai modulus elastisitas lentur dan kelas kuat kayu.
1.2 Ruang Lingkup
Metode pengujian ini mencakup persyaratan, ketentuan, cara pengujian dan pelaporan pengujian kayu, untuk semua jenis kayu berukuran struktural kering udara dan tidak bebas cacat, balok kayu berlapis majemuk dan balok kayu komposit.
1.2.1 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 maksimum yang masih memberikan hubungan 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; cacat yang membahayakan konstruksi seperti lapuk, keropos, termakan serangga (bubuk) dan bengkok atau melengkung, tidak diperkenankan;
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;
8) deformasi adalahperubahan bentuk benda uji yang sedang dibebani;
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;
29) ruang penyesuaian adalah suatu ruangan yang berfungsi untuk mengubah kondisi sifat fisis kayu uji atau kadar air sehingga sesuai dengan persyaratan uji;
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 perusahaan.
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 tinggi penampang benda 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 uji tidak perlu bebas cacat. Untuk pengujian kuat karakteristik, benda uji boleh mempunyai penampang lemah atau penampang kritisi pada arah panjangnya, sedangkan pada uji lentur terdapat penampang kritis ditengah bentangnya. Penampang kritis tersebut boleh diuji tidak rusak atau dengan cara pemilahan 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 25 ± °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 dlaam hasil uji;
2.3.6 Nomor Kode Uji
2.3.7 Jumlah Benda uji
Jumlah benda uji tidak kurang dari tiga untuk setiap jenis kayu. 2.4 Peralatan
Peralatan yang dipakai untuk pengujian, harus memenuhi keetentuan beriktu : 1) peralatan uji yang dipakai harus telah dikalibrasi dan masih berlaku;
2) untuk pengujian modulus elastis lentur 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 ukur kadar air dan atau timbangan; (6) batang gauga, 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 delapan kali tingginya ditambah satu meter, 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, yang terbuat dari baja, atau dengan cara lain yang dapat mendekati tercapainya kondisi tumpuan sendi dan rol; 2) penampang benda uji harus pada posisi sumbu kuat arah radial, dan dibebani di tengah
bentangnya dengan dua beban terpusat pada bentangnya seperti gambar 2;
3) jarak antara dua beban titik harus 1 meter, dan jarak anata satu beban titik terhadap tumpuan terdekatnya tidak kurang dari 3 kali tinggi nominal penampang benda uji;
4) panjang bentang bersih, yaitu jarak antara dua tumpuan, tidak boleh kurang dari 18 kali tinggi penampang benda uji;
5) sepotong pelat baja dengan panjang tidak melebihi setengah tinggi penampang dan lebar tidak kurang dari lebar penampang benda uji dapat disisipkan di antara permukaan benda uji dan ujung penekan dari mesin-uji, demikian juga pada sisi bawah balok di titik tumpuan, untuk mengurangi terjadinya lekukan pada sisi yang tertekan;
6) tebal pelat baja tersebut pada butir 5, tidak kurang dari 4 mm untuk balok yang mempunyai tinggi penampang 120 mm, dan tidak kurang dari 13 mm untuk balok yang mempunyai tinggi penampang 300 mm atau lebih; untuk balok yang mempunyai tinggi di antara nilai tersebut, tebal pelat dapat ditetapkan dengan interpolasi linear;
7) bila rasio tinggi terhadap lebar penampang balok uji melebihi empat, atau 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 tahan gesek yang berarti;
8) alat pemberi beban yang dipakai harus mempunyai ketelitian tidak melebihi 1%;
9) lendutan harus diukur di tengah tinggi balok uji, pada tengah-tengah alat ukur gauge-900 mm dengan alat pengukur lendutan, yang mempunyai tingkat ketelitian tidak kurang dari 1/1000 mm, seperti dijelaskan pada gambar 2;
10) beban harus diberikan secara kontinu 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 benda uji;
11) kecepatan ujung penekan 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
Persamaan tersebut berdasarkan pada nilai regangan serat terluar sebesar 0,003 per menit.
3.1.3 Hasil Uji
Modulus Elastisitas arah radial, atau terhadap sumbu kuat, harus dihitung dengan persamaan 2 berikut :
( )
Σm = Modulus elastisitas lentur, bebas dari lendutan geser, dalam N/mm2 a = jarak antara beban titik dan tumpuan terdekat, ≥ 3h, dalam mm. lg = panjang gauge, mm
I = momen inersia, bh3/12, dalam mm4 δp = tambahan kenaikan beban, dalam N
δp = lendutan akibat pertambahan beban δp, dalam mm
3.2 Modulus Elastisitas Lentur Arah Tangensial
3.2.1 Benda Uji
Benda Uji harus memenuhi ketentuan berikut :
1) benda uji harus mempunyai panjang total tidak kurang dari 900 mm ditambah 2 kali tinggi penampangnya, Gambar-3;
2) tinggi dan lebar penampang diukur dalam milimeter dan panjang diukur dalam meter.
Gambar 3 Bentuk dan dimensi benda uji
3.2.2 Prosedur Pengujian dan Peralatan
Prosedur dan peralatan uji harus memenuhi ketentuan berikut :
1) benda uji harus ditumpu di atas tumpuan rol bebas dan tumpuan sendi yang terbuat dari baja, atau dengan cara lain yang dapat mendekati tercapainya kondisi tumpuan sendi bebas;
2) penampang benda uji harus pada posisi sumbu lemah atau arah tangensial, dan dibebani di tengah bentangnya seperti gambar 4;
3) benda uji dibebani dengan satu beban tidak di tengah bentangnya; bentang uji atau jarak tumpuan adalah 900 mm;
4) sepotong pelat baja dengan panjang tidak melebihi setengah tinggi benda uji dapat disisipkan antara permukaan benda uji dan ujung penekan dari mesin uji, juga antara sisi bawah benda uji dan tumpuan untuk mengurangi terjadinya lekukan pada sisi yang tertekan;
5) alat pemberi beban yang dipakai harus mempunyai ketelitian tidak melebihi 1%;
6) lendutan harus diukur ditengah-tengah bentang, dengan alat ukur lendut yang mempunyai tingkat ketelitian tidak kurang dari 1/1000 mm, dipasang di tengah tinggi balok seperti dijelaskan pada gambar 4;
7) beban harus diberikan secara kontinu dan hubungan antara beban defleksi harus dicatat, sehingga lendutan akibat penambahan beban dapat ditentukan, pengujian harus dilakukan dengan hati-hati, agar beban yang tidak dipakai tidak melebihi batas beban-proporsional Pp atau menyebabkan rusaknya specimen;
8) kecepatan ujung alat penekan tidak boleh melebihi nilai yang dihitung dengan persamaan 4 berikut :
d
R = adalah kecepatan ujung alat penekan, mm/detik. d = adalah tinggi penampang, dalam mm.
Persamaan tersebut di atas adalah berdasarkan kecepatan regangan di serat terluar sebesar 0,003 per menit.
3.2.3 Hasil Uji
Nilai modulus elastisitas harus dihitung dengan persamaan berikut :
y
Ea pp = modulus elastisitas lentur semu, termasuk lendutan geser, dalam N/mm2 I = momen inersia, bd3/12, dalam mm4.
δp = kenaikan tambahan beban dalam N
δp = tambahan lendutan pada kenaikan beban δF, dalam mm L = bentang bersih 900 mm
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 ayat 3.2.1 butir 1;
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, sesuai dengan ayat 3.1.2 butir 3 dan ayat 3.2.2 butir 3, dan berjarak bentang L sebesar;
a) nilai terbesar di antara :
L = 1 meter + 6 kali tinggi penampang, h, dan L = 18 x h
untuk uji Modulus Elastisitas arah radial, atau terhadap sumbu kuat; b) L = 900 mm untuk Elastisitas arah radial, atau terhadap sumbu lemah’;
5) sisipkan sepotong pelat baja tebal 4 mm atau lebih, di antara permukaan benda uji dan ujung penekan, sesuai ayat 3.1.2 butir 5 dan 6, ayat 3.2.2 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 8 dan ayat 3.2.2 butir 5;
8) atur kecepatan ujung alat penekan, sesuai dengan persamaan 1 atau 3, sesuai dengan jenis bena uji;
9) ukur lendutan pada setiap penambahan beban, sesuai dengan ayat 3.1.2 butir 9 dan ayat 3.2.2 butir 6;
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
Ea p p = modulus elastisitas semu, dalam N/Mm2
Em = modulus elastisitas murni, tanpa pengaruh geser, dlaam N/mm2
h = tinggi penampang balok uji, atau sisi penampang sejajar arah beban lentur, dalam mm.
I = momen inersia penampang balok uji, dalam mm4 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
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
9,80665 x 104 9,80665 x 10-2 1 x 10-2 1,0
3. Panjang dan bentang minimum benda uji modulus elastisitas 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
80 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
1.2.1 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 ... 7
3.2 Modulus Elastisitas Lentur Arah Tangensial ... 8
3.2.1 Benda Uji... 8
3.2.2 Prosedur Pengujian dan Peralatan ... 8
3.2.3 Hasil Uji ... 9
BAB IV CARA UJI... 10
BAB V LAPORAN PENGUJIAN ... 11
5.1 Bahan yang Diuji ... 11
5.2 Prosedur Pengujian ... 11
5.3 Hasil Pengujian ... 11
LAMPIRAN A - DAFTAR ISTILAH... 12
