2

1

2

3

4

5

Konfigurasi Pasak dan Sudut Arah Serat Kuat Tumpu pada Desain Sambungan Laminated Veneer Lumber (LVL) Kayu Sengon Achmad Basuki1, Stefanus Adi Kristiawan2, Hermawan Kris Priyantono3 1 Jurusan 2

Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret Surakarta, [email protected] Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret Surakarta, [email protected] 3 PT. Sumber Graha Sejahtera, Tangerang, [email protected]

Abstrak : Salah satu alternatif antisipasi berkurangnya kayu keras sebagai material elemen struktur adalah pemanfaatan kayu sengon menjadi laminated veneer lumber (LVL). Pemanfaatan LVL tersebut tentunya membutuhkan kajian dari segala aspek termasuk kekuatan sambungan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh konfigurasi pasak bambu laminasi dan sudut arah serat kuat tumpu LVL , serta kekuatan sambungannya. Metode yang digunakan adalah eksperimental laboratorium dan analisis, dengan membuat model sambungan dari LVL 18x80x200 mm dan variasi sudut serat 00, 300, 450, 600 dan 900. Diameter pasak bambu laminasi yang digunakan 8, 10 dan 15 mm. Dari hasil pengujian dan analisis menunjukkan bahwa peningkatan jumlah konfigurasi pasak mempunyai pola yang tidak linear terhadap jumlah tahanan lateral, dan tahanan lateral berdasarkan sudut arah serat mempunyai nilai berkebalikan dari hitungan teoritis. Kuat tumpu menunjukkan kecenderungan yang menurun dari sejajar serat sampai tegak lurus serat LVL. Kata kunci : Konfigurasi pasak, LVL kayu sengon, kuat tumpu. 1. LATAR BELAKANG Salah satu produk yang dapat menjadi alternative sebagai kayu berkekuatan tinggi sebagai struktur suatu konstruksi adalah Laminated Veneer Lumber (LVL). LVL dapat diproduksi dari kayu cepat tumbuh dengan diameter kecil serta kualitas yang rendah, tetapi dapat menghasilkan produk dengan kekuatan mekanis yang setara dengan kayu utuh. LVL sebagai produk olahan mempunyai keunggulan dan kelemahan dibandingkan dengan kayu utuh. Pada kayu utuh pengaruh cacat-cacat alami kayu sangat mempengaruhi keteguhan kayu, tetapi pada produk LVL cacat-cacat alami kayu tersebut dapat disebar secara merata di antara lapisan vinir sehingga dapat meminimumkan pengaruh cacat-cacat tersebut terhadap kekuatan LVL. Hasilnya adalah produk serupa kayu gergajian dengan kekuatan yang lebih tinggi dan lebih seragam dibandingkan kayu utuh dengan kandungan cacat yang sama (Youngquist dan Bryant 1979). LVL pada produksinya dikhususkan untuk bahan baku konstruksi yang menerima beban struktur dengan pola penyusunan di antara vinir adalah serat sejajar. Menurut Bakar (1996) dibandingkan kayu utuh atau kayu lapis, papan LVL mempunyai nilai lebih, meliputi ukuran panjang “end-less”, dapat dilengkungkan, keteguhan lebih tinggi, persyaratan kualitas bahan baku rendah, pengawetan rendah dan efisiensi bahan baku tinggi. Sambungan merupakan suatu yang tidak bisa terelakkan pada saat kita membangun suatu konstruksi, baik konstruksi yang terbuat dari kayu, beton, baja maupun material bangunan yang lain. Sambungan bisa di definisikan adalah proses penyatuan dua atau lebih unsur atau material dalam rangka menambah suatu panjang atau bidang. Perkuatan utama suatu konstruksi terletak dari kekuatan sambungan pada simpul strukturnya selain dari bahan penyusun struktur tersebut. Desain sambungan didasarkan pada nilai kekuatan pada sebuah alat penyambung yang telah dimodifikasi dengan geometri sambungan dan kondisi penggunaannya (Solitis et al. 1985). Soltis el al (1987) menuliskan bahwa kekuatan lateral pada suatu sambungan berhubungan erat dengan berat jenis, diameter pasak dan arah pembebanan yang terjadi. Kayu keras dengan mutu tinggi keberadaannya semakin menurun dikarenakan banyak hal, sehingga dimungkinkan dicari alternatif bahan hayati yang dapat menggantikan kayu tersebut sebagai bahan pasak. Material pasak menurut PKKI 6

(1961) harus menggunakan bahan kayu yang keras, besi atau baja. Besi dan baja merupakan hasil tambang yang tidak terbarukan, untuk itu pasak berbahan kayu maupun sejenisnya yang merupakan produk hayati yang terbarukan, pengembangan sampai saat ini masih terus diteliti di Kekuatan pada struktur bangunan merupakan hal yang tidak bisa diabaikan dalam perancangan suatu konstruksi. Simpul atau sambungan dalam struktur merupakan titik kritis yang mempengaruhi kekuatan. Sambungan pada umumnya menggunakan alat pengencang paku ku atau baut, yang tentunya mempunyai kelebihan serta kekurangan. Demikian halnya dengan sambungan menggunakan alat pengencang pasak. Laminated Veneer Lumber memiliki nilai kuat tumpu yang lebih tinggi daripada kayu alami dengan berat jenis yang sama. Gambar 1 menunjukkan bahwa nilai kuat tumpu searah serat pada LVL lebih tingi dibandingkan estimasi yang diberikan oleh NDS, Eurocode 5, Hirai, dan pengujian Ali Awaluddin. Nilai kuat tumpu yang dihasilkan mendekati estimasi kuat tumpu dari NDS. NDS memberikan rumus kuat tumpu untuk pembebanan sejajar arah serat dengan persamaan (1). Fe// = 77,25G N/mm2

(1)

Gambar 1. Grafik perbandingan pengujian dan estimasi kuat tumpu untuk pembebanan sejajar arah serat (sumber: (su J Wood Science, 2007)

Gambar 2. Grafik perbandingan pengujian dan estimasi kuat tumpu untuk pembebanan tegak lurus arah serat (sumber: J Wood Science, 2007)

7

Gambar 2 menunjukkan bahwa nilai kuat tumpu tegak lurus arah serat pada sampe LVL lebih tinggi dibandingkan estimasi yang diberikan oleh NDS, Hrai, dan pengujian Ali Awaluddin, namun nilai nilai-niai kuat tumpu tersebut lebih rendah daripada nilai yang diberikan oleh Eurocode. Kuat tumpu yang dihasilkan dari sampel pengujian penelitian ini berada di di antara kuat tumpu yang diestimasikan oleh Eurocode dan NDS, Persamaan (2) dan (3) adalah yang disarankan oleh Eurocode dan NDS. (2) 212G1,45d-0,5 N/mm2

(3)

Gambar 3.Efek sudut pembebanan terhadap serat pada kuat tumpu (sumber: J Wood Science, 2007) Nilai kuat tumpu sejajar serat (Fe//) dan tegak lurus serat (Fe┴) yang diperoleh pada pengujian Ali Awaluddin masing-masing masing 57,30 N/mm2 dan 34,37 N/mm2. Grafik 3.3 menunjukkan bahwa kuat tumpu yang dihasilkan silkan LVL lebi kecil dibandingkan dengan nilai kuat tumpu kayu Shorea Obtusa dalam pengujian Ali Awaluddin. Hal ini disebabkan karena berat jenis LVL yaitu 0,337 gr/cm3 lebih kecil daripada berat jenis kayu Shorea Obtusa yaitu 0,86 gr/cm3. Titik-titik kuatt tumpu yang dhasilkan LVL menyerupai bentuk garis Persamaan (4) oleh Hankinson. N/mm2

(4)

Sekalipun garis persamaan (3.7) mendekati titik-titik titik titik kuat tumpu LVL, namun tingkat akurasi dari persamaan tersebut masih belum cukup. Oleh karena itu perlu adanya modifikasi dalam Persamaan Hankinson dengan penmbahan konstanta untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Pemanfaatan bambu dapat dilihat dalam aspek ekologi maupun tujuan desain penggunaan pada umumnya. mnya. Sebagai material desain ekologi bambu adalah bahan baku yang dapat diperbaharui, dapat melindungi habitat alam, dapat didaur ulang dan mudah dibuang, mempunyai emisi rendah dan memerlukan energi yang sedikit dalam pemrosesan serta bersahabat dan aman bagi lingkungan. Sedangkan ditinjau dari desain yang berkaitan dengan karakteristiknya, bambu mempunyai sifat antara lain equitability,, yaitu dapat mudah diperoleh seseorang tanpa melihat status sosial (murah), mempunyai sifat lentur yang cocok dengan ketentuan ketentuan syarat pasak yang baik. Bambu juga mempunyai sifat sederhana dan intuisi, yaitu material sederhana dimana keindahan ditampakkan dari tekstur serta karakteristik alam dari setiap bambu.

8

2. METODE Penelitian ini dilakukan untuk menemukan konfigurasi desain sambungan yang optimal pada sambungan struktur Laminated Veneer Lumber (LVL) dengan pasak bambu sebagai konektor. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental laboratorium dan analisis. Sebuah percobaan untuk mendapatkan suatu hasil yang menegaskan hubungan antara variabel-variabel yang diselidiki dilakukan dalam metode eksperimental.

Bahan utama penelitian ini adalah Laminated Veneer Lumber (LVL) dengan dimensi 80 mm × 18 mm × 200 mm yang telah dipilih permukaan halus, tidak mempunyai cacat fisik, dan tidak mempunyai mata kayu dengan ukluran yang diisyaratkan. Setiap pasak bambu dengan ukuran diameter yang berbeda diuji kuat lentur dan kuat gesernya. Tujuan dari tahapan ini adalah untuk mengetahui tahanan masing-masing pasak bambu. Dari tahanan masingmasing bambu, kuat lentur dan kuat geser pasak bambu dapat dihitung sesuai dengan metode Eurocode EN 408 (2003). Penelitian ini akan menyelidiki suatu percobaan berupa pengujian desain sambungan LVL dengan pasak bambu sebagai konektor dengan variasi sudut 00, 300, 450, 600, dan 900.

Kekuatan Pasak (kg/cm2)

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Benda uji yang digunakan pada pengujian kuat lentur dan kuat geser pasak adalah pasak bambu laminasi dengan diameter 15mm, 10mm, dan 8mm masing-masing sebanyak 3 buah. Sesuai dengan metode Eurocode EN 408 (2003), didapat hasil kuat lentur dan kuat geser pasak bambu laminasi pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil Uji Kuat Lentur dan Kuat Geser Pasak bambu laminasi Diameter (mm)

Kuat Lentur (kg/cm2)

Kuat Geser (kg/cm2)

8 10 15

84,49 117,67 141,51

249,972 307,048 454,907

500 400

R² = 0,999

300 200 100

R² = 0,933

0 8

9

10

11

12

13

14

15

Diameter Pasak (mm)

Gambar 4. Hubungan Kuat Lentur Pasak dengan Diameter Pasak Pada Gambar 4. dapat dilihat bahwa hubungan kuat lentur pasak dengan diameter pasak membentuk grafik logaritmik dengan besar R2=0,9333. Maka grafik logaritmik kuat lentur mampu menggambarkan pola hubungan kuat lentur pasak dengan diameter pasak. Hubungan kuat geser pasak dengan diameter pasak membentuk grafik linier dengan besar R2=0,999. Maka grafik linier kuat geser mampu menggambarkan pola hubungan kuat geser pasak dengan diameter pasak. Gambar 5 menunjukkan grafik hubungan sudut arah serat dengan kuat tumpu LVL.

9

Kuat Tumpu (N/mm2)

35 32 29 26 23 20 0

10

20

30

40

50

Sudut Arah Serat

60

70

80

90

(0)

Gambar 5. Hubungan Kuat Tumpu dengan Sudut Arah Serat Berdasarkan perencanaan jumlah serta formasi pasak dalam sambungan, maka dibuat sambungan dengan cara ketiga balok LVL yang akan disambung dibor tegak lurus serat dengan diameter lubang sebesar 90% diameter pasak. Pasak dimasukkan dalam lubang sesuai dengan jumlah dan ukuran lubang yang dibuat. Pengujian dilakukan dengan alat UTM dengan kecepatan 500N/detik. Pengamatan dilakukan pada tiga titik pembebanan yakni daerah elastis, zona plastis, dan saat beban maksimum. Ilustrasi dari kondisi sambungan pada saat pembebanan dapat dilihat pada grafik hubungan penurunan dan beban maksimum yang menggambarkan hasil pengujian kapasitas sambungan benda uji ke-1 (KS 8-A) pada Laboratorium Bahan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Gambar 6.

Gambar 6. Grafik klasifikasi pola hasil pengujian tekan sambungan. Dari Gambar 6. didapat pembebanan maksimum yang terjadi sebesar 13,56 kN. Hasil kuat tekan berdasarkan kapasitas luasan sambungan dua irisan benda uji ditabulasikan pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil uji kapasitas luasan sambungan dua irisan (mm)

½ Keliling

Luas Pasak (mm2)

8

88

352,00

10

78,57

392,86

15

47,14

353,57

Benda Uji

P Maksimum (kg)

A B C D E F G H I

1382,74 1588,72 1522,44 1518,36 1400,07 1497,96 1358,26 925,90 1358,26

Rerata P Maks (kg) 1497,96 1472,13 1214,14

Berdasarkan data pada tabel 2. dapat dihasilkan grafik hubungan beban maksimum dengan total ½ keliling pasak bambu laminasi seperti pada Gambar 7.

10

Rata-rata Beban Maksimum (kg)

1550 1500 1450 1400 1350 1300 1250 1200 1150

1472,13

1497,96

R² = 0,990

1214,14 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 1/2 Keliling (mm)

Grafik 7. Hubungan antara Beban Maksimum dengan ½ Keliling Dari Gambar 7. terlihat bahwa hubungan beban maksimum dengan ½ keliling membentuk garis logaritmik dengan R2=0,99 terhadap data uji. Dengan begitu grafik logaritmik cukup menggambarkan pola hubungan beban maksimum dengan total ½ keliling pasak yang digunakan. Hasil pengujian sambungan pasak bambu laminasi dimensi terpilih diameter 10 mm pada LVL dengan variasi sudut 00, 300, 450, 600, dan 900 terhadap serat kayu, menunjukkan bahwa hubungan tahanan lateral dua irisan dengan sudut arah serat membentuk garis linier dengan R2=0,966 terhadap data uji. Dengan begitu grafik linier cukup menggambarkan pola hubungan tahanan lateral dua irisan dengan sudut arah serat, seperti tampak pada Gambar 8. Tahanan Lateral Dua Irisan (kg)

1600 1400 1200 1000 800 600 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Sudut Arah Serat (0)

Gambar 8 Hubungan Tahanan Lateral Dua Irisan dengan Sudut Arah Serat Sedangkan, hasil pengujian sambungan dengan berbagai konfigurasi ditunjukkan dalam Tabel 3 dan secara grafis ditunjukkan oleh Gambar 9. Tabel 3. Hasil uji sambungan berbagai konfigurasi Jumlah ½ keliling Beban Maksimum Diameter Pasak (mm) (buah) (mm) (kg)

10

3

94,29

5

157,14

7

220,00

818,83 876,96 840,25 1518,36 1400,07 1497,96 1877,30 1857,92 1875,26

11

Rata-Rata Beban Maksimum (kg) 845,34

1472,13

1870,16

Tahanan Lateral Dua Irisan (kg)

1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800

1870,16

1472,13 R² = 0,999

845,35 92

122

153

1/2 Keliling (mm)

183

214

Gambar 9. Hubungan Sambungan Berbagai Konfigurasi antara Tahanan Lateral Dua Irisan dengan ½ Keliling Dari Grafik 4.5. terlihat bahwa hubungan tahanan lateral dua irisan dengan ½ keliling membentuk garis logaritmik dengan R2=0,999 terhadap data uji. Dengan begitu grafik logaritmik mampu menggambarkan pola hubungan tahanan lateral dua irisan dengan ½ keliling pasak yang dipakai. Hubungan tahanan lateral hasil perhitungan estimasi dengan pengujian untuk sambungan menggunakan 5 pasak diameter 10 menunjukkan bahwa terjadi penurunan prediksi nilai tahanan lateral untuk sambungan dengan arah serat lebih dari 450, seperti tampak pada Gambar 10.

Tahanan Lateral (kg)

1800 1500 1200 900 600 300 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Sudut Arah Serat (0)

Gambar 10 Hubungan Estimasi Tahanan Lateral dan Tahanan Lateral Hasil Uji dengan Sudut Arah Serat 4. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil penelitian yang telah dilakukan adalah sebagai berikut: Karakteristik sifat mekanik LVL pada pengujian dengan variasi sudut sudut 00, 300, 450, 600, dan 900 terhadap arah serat kayu adalah sebagai berikut: a. Pola keretakan yang terjadi pada saat kayu mengalami desakan mengikuti arah seratnya. b. Berdasarkan hasil pengujian sambungan berdasarkan sudut terhadap arah serat kayu bahwa nilai tahanan semakin menurun dengan perubahan sudut dari sejaajr ke tega lurus sehingga nilai tahanan pada sudut arah serat 00 memiliki nilai tahanan tertinggi dibandingkan dengan sudut arah serat lainnya. 5. DAFTAR PUSTAKA 1. American Society of Civil Engineer (ASCE). 1996. Mechanical Connection in Wood Structures. ASCE Manuals and Report on Engineering Practice No. 84, New York.

12

2. ANSI/ASTM D 790-71 : 1978 Standard Test Methods for Flexural Properties of and Electrical Insulating Materials. Philadelphia, Pa. 3. ASTM D 5652 : 2000 Standard Test Methods for Bolted Connection in Wood and Wood-Based Products. Philadelphia, Pa. 4. Awaludin, Ali. 2005. Konstruksi Kayu. Biro Penerbit KMTS Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. 5. Awaludin, Ali. 2005. Perencanaan Sambungan Kayu. Biro Penerbit KMTS Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. 6. Badan Standarisasi Nasional (BSN). 2002. Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia. SNI5. Jakarta. 7. Bakar, E.S. 1996. Kayu Laminasi Vinir Sejajar. Buletin Teknologi Hasil Hutan, Vol. I. Hal 24-30. Institut Pertanian Bogor. Bogor. 8. Breyer, D.E. Fridley, K.J. Cobeen, K.E. and Pollock, D.G. 2007. Design of Wood Structures ASD/LRFD. McGraw-Hill. United States of America. 9. Rosalita, Yetvi. 2009. Kajian Optimasi Sambungan Pasak Bambu Laminasi Pada Struktur Laminated Veneer Lumber (LVL). Thesis. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Bogor. 10. Soltis, Lawrence S. Karnasudirdja, S. Litlle, James K. 1987. Angle to Grain Strength of Dowel-Type Fasteners. Wood and Fiber Science Journal, Vol 19 (1). 11. Wilkinson, T.L., 1991. Dowel Bearing Strength. Res. Pap. FPL-RP-505. Madison, WI: U.S. Department of Agruculture, Forest Service, Forest Product Laboratory. 12. Yap, F. 1964. Konstruksi Kayu. Bina Cipta. Bandung. 13. Youngquist, J.A dan B.S. Bryant. 1979. Production and Marketing Feasibility of Parallel Laminated Veneer Product. Forest Products Journal 29 (8) : 45

13