ALTERNATIF ALAT SAMBUNG KONSTRUKSI SAMBUNGAN KAYU TAHAN TARIK,TEKAN DAN LENTUR Munarus Suluch Dosen Diploma Teknik Sipil, FTSP-ITS. Email :
[email protected] &
[email protected]
ABSTRAK Penelitian ini adalah merancang bangun alat sambung konstruksi sambungan kayu tahan tarik dan tekan. Sambungan konstruksi kayu yang ada sangat sederhana dan membutuhkan tambahan kayu sekitar 10% sampai dengan 25% dari kebutuhan kayu yang dipakai Sambungan konstruksi kayu yang ada selama ini sangat lambat perkembangannya. Alat sambungan paku, baut yang ada selama ini mempunyai nilai effisiensi rendah dan tidak kaku. Alat sambung pasak yang ada lebih kaku tetapi masih membutuhkan baut dan plat penyambung yang membutuhkan tambahan kayu sampai dengan 25% dari kayu yang dibutuhkan. Didalam rancang bangun alat sambung ini dibuat dari plat baja yang mempunyai ketebalan maksimum 1mm, bebentuk plat karena difungsikan sebagai plat ikat yang membuat konstruksi lebih kaku dibandingkan dengan paku maupun baut. Pada tahap awal penelitian ini dilakukan permodelan matematis untuk mendapatkan fungsi ketebalan, tinggi kait dan jarak antara kait. Kemudian dilakukan uji numerik dengan pembebanan statik tarik dan tekan. Pada tahap berikutnya dibuat suatu model dengan skala 1:1 dan dilakukan uji beban konstruksi untuk mendapatkan suatu nilai korelasi dari model numeriknya. Uji beban dilakukan sampai dengan 150% beban batas untuk mendapatkan perilaku alat sambung tersebut. Hasil yang didapat mempunyai hasil yang baik yaitu tidak berbeda jauh dengan hasil yang didapat dari pengujian numerikal. Kisaran antara pengujian laboratorium dan uji numerical 20%. Dari hasil pengujian di Laboratorium beban tarik sampai dengan 1500 Kg untuk satu pasang plat ikat baja. Kata kunci : Konstruksi Kayu, Sambungan kayu, Sambungan tahan tarik, tekan dan lentur.
1.
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang.
Kebutuhan akan rumah merupakan kebutuhan utama bagi manusia, untuk itu pihak pemerintah maupun swasta tidak akan berhenti untuk membangun suatu kawasan perumahan ditiap daerah. Mulai dari tipe yang mewah sampai dengan tipe sangat sederhana telah dibangunnya. Konstruksi sambungan kayu merupakan satu bagian yang sangat penting bagi suatu perumahan, baik untuk kuda-kuda maupun untuk kebutuhan konstruksi yang lain, plafon, lantai bangunan dan lain sebagainya.
ISBN No. 978-979-18342-0-9
B-13
Saat ini sambungan pada konstruksi kayu sangatlah sederhana dan membutuhkan tambahan kayu sekitar 10% sampai dengan 25% dari kebutuhan kayu yang dipakai. Dengan sedirinya bertambah besar juga beban yang harus dipikul oleh konstruksi tersebut. Bila sistem konstruksi tetap, tetapi sistem sambungannya diubah dengan suatu alat yang jauh lebih sederhana dan kemampuannya dapat dijamin, maka kebutuhan kayu untuk bangunan perumahan dapat dihemat pula. Disamping sambungan yang konvensional pada batang tarik umumnya dengan memakai baut dan menggunakan plat penyambung kayu.
Munarus Suluch
Sambungan pada konstruksi kayu sangat konvensional dimana tipenya hanya itu-itu saja. Sampai dengan sekarang sangatlah lambat perkembangannya, disamping itu harga kayu bertambah lama bertambah meningkat seiring dengan kebutuhan kayu dipakai sebagai kayu olahan. Disamping itu akibat tipe sambungan yang sederhana, konstruksi kayu sangat membutuhkan kayu yang besar dibanding dengan kemampuan pikulnya. Saat ini kayu dipasaran sudah mulai meningkat naik, hal ini dikaitkan dengan bertambah mahalnya nilai jual kayu bila diolahan lebih lanjut. Misalnya dipakai untuk mebel, furniture dan lain sebagainya. Untuk itu perlunya dirancang suatu bentuk sambungan yang tidak terlalu merubah disain konstruksinya, hanya dengan menambah plat ikat baja sebagai alat sambungnya, konstruksi mampu memikul beban. Adapun type sambungan konstruksi kayu dapat dilihat seperti gambar 1 dibawah ini.
Paku
Kayu
Gambar 1
plat penyambung
Sambungan paku
(b) Gambar 2
ISBN No. 978-979-18342-0-9
Pada sambungan pasak sekalipun, memang telah mengurangi besar lendutan dibanding dengan sambungan baut, tetapi penambahan berat masih terjadi karena bentuk sambungan masih menggunakan kayu penyambung sebagai plat penggapitnya seperti pada sambungan paku atau baut pada umumnya. Plat ikat baja tersebut berfungsi sebagai penyalur beban gaya gaya (pengikat) yang bekerja pada elemenelemen kayu pada konstruksi rangka batang. Dengan adanya plat ikat baja tersebut tipe atau macam sambungan kayu menjadi lebih sederhana, tidak lagi membutuhkan kayu tambahan yang fungsi dibanding beratnya tidak seimbang. Alat ikat baja yang dapat disingkat PIB yang akan dipakai pada sambungan konstruksi kayu ini tidak mengurangi segi estetika maupun dari segi kekuatan. Dan apabila diproduksi dengan masal maka nilai jualnya sangatlah murah dibanding dengan penghematan penggunaan kayu dengan sambungan konvensional.
1.2
Dimana plat penyambungnya dapat menambah berat sampai dengan 25% dari berat konstruksinya sendiri. Sedangkan kemampuan sambungan berkurang meskipun dari segi kekauan konstruksi relatif kecil berkurangnya.
(a)
Sedangkan macam sambungan yang ada sangat sedikit perkembangannya yaitu sambungan pasak baja yang juga pengurangan kekuatan dari segi kekakuan relatif kecil tetapi penambahan kayu penyambunganya masih besar. Type sambungan pasak baja dapat dilihat pada gambar 2 dibawah ini.
(c)
Tujuan dan Manfaat Penelitian. Tujuan penelitian ini diharapkan adanya suatu alat sambung yang baik, mampu memikul/ meneruskan gaya secara baik pada batang yang disambung, efisien, tidak memerlukan suatu keahlian khusus untuk memasangnya.
(d)
Alat sambung Pasak Baja. (a) Claw Plat (b) Split Ring (c) Toothed ring (d) Plat Buldog (e) Krugers ring
B-14
(e)
Alternatif Alat Sambung Konstruksi Sambungan Kayu Tahan Tarik,Tekan Dan Lentur Alat sambung tersebut dapat dipakai untuk sambungan pada kayu yang tebal (balok) maupun tipis (papan) pada suatu konstruksi kayu. Manfaat dari penelitian ini diharapkan mampu memberikan sumbangan pada dunia konstruksi khususnya konstruksi kayu akan adanya alternative sambungan kayu dengan alat yang sederhana tetapi mampu memberikan bentuk sumbangan nilai efisiensi pemakaian kayu yang cukup besar.
Pencandraan dan penjelasan fakta fakta berkaitan erat. Penelitian yang dilakukan ini dengan penyelidikan, menganalisa dan mengklari fikasikan. Penyelidikan dilakukan dengan studi kepustakaan yang meliputi teknik survey atau observasi dan tinjauam kepustakaan yang ada. Penelitian ini dilakukan juga tergolong studi kasus tentang objek penelitian. Studi kasus lebih menekankan pada desain pengembangan bentuk untuk suatu model dalam jumlah sample. Penelitian ini mempunyai dua kelom pok yang berbeda penekannya, namum merupakan satu kesatuan penelitian untuk suatu desain yan dapat dikembangkan sebagai model. o Memandang bentuk alat sambung dari plat ikat baja yang ada, yang merupakan suatu ciri dari berbagai alat sambung yang ada dan menganalisa kemampuan untuk memikul konstruksi sambungan kayu yang dirancang untuk memikul beban tarik. o Memandang suatu alat sambung dari aspek yang dapat dikembangkan untuk mendapatkan suatu nilai tambah dari kemampuannya. Salah satu nilai tambah tersebut adalah diharapkan akan mampu mengantikan alat sambung konvensional pada suatu konstruksi kayu. Karena dengan menggunakan alat sambung plat ikat baja ini mampu mengurangi penambahan berat kayu karena dipakai sebagai balok pengikat. Dan penambahan balok pengikat akan menambah berat sampai dengan 25% dari berat konstruksinya.
1.3
Batasan Masalah. Pembatasan masalah ini dilakuka agar pembahasan tidak melebar kepada permasalahan lain dan untuk mempermudah analisis pembahasan. Adapun batasan permasalahn dalam penelitian ini sebagai berikut : 1. Mutu baja yang dipakai sebagai plat ikat adalah Fy = 2400 Kg/cm2 2. Tegangan maksimum yang disyaratkan σmaks = 1600 kg/cm2 3. Tebal Plat ikat yang akan dipakai 1mm. 4. Tinggi kait 10 mm. 5. Hanya diperhitungkan dari kekuatan plat ikat baja saja sedangkan sebagai kayu yang akan disambung akan menyesuaikan setelah kekuatan sambungan telah didapat.
2.
Metodologi Penelitian ini dapat digolongkan sebagai penelitian deskriptif, karena pada dasarnya melakukan pencandran secara sistematis, factual mengenai fakta-fakta dan sifat sifat dari objek.
ISBN No 978-979-18342-0-9
B-15
Munarus Suluch
2.1
Langkah langkah dan Rangcangan Penelitian. B alok
` Dengan ditentukan metodologi penelitian serta batasan batasan penelitian pada bab sebelumnya maka dapat disusun langkah-langkah penelitian sebagi berikut : Penentuan gaya pada kait sesuai dengan kemampuan gaya untuk menggeser kait tersebut seperti pada menentukan kemampuan gaya memikul sambungan aksial tekan maupun aksial tarik. o Untuk menentukan kemampuan menahan bersama, dilakukan uji beban dengan menggunakan kait hanya 1 baris, 2 baris, 3 baris, 4 baris dan 5 baris secara keseluruhan. Apakah akan terjadi reduksi akibat jarak kait yang digunakan dan seberapa besar reduk atau pengungannya Atau tidak terjadi pengurangan. Karena hal ini tidak mampu dideteksi dengan metoda numerik. o Dilakukan uji numerik dengan menggunakan metoda finit elemen dengan alat bantu SAP 2000, baik profil kayu yang dipakai maupun plat ikatnya. Beban yang dikerjakan bervariasi yaitu, 1, sesuai dengan kemampuan kayu berdasarkan analisa penampang kayu. 2, berdasarkan kemampuan alat sambung dan 3, dengan beban yang terbesar dari kedua diatas dikalikan dengan 150% untuk mendapatkan besar displacement kait yang terjadi. Dari gambaran diatas dapat dibuatkan schema rancanang penelitian seperti pada gambar rancangan penelitian dibawah ini.
6 12
B a lo k
6 12
Ba lo k 6
12
(a)
(b) B a lo k
6 1 2
B a lo k
6 1 2
(c)
o
3.
(d) 9 0°
22
0
90
Gambar 3.
Alat Sambung kayu yang dirancang (a) Tampak depan (b) Tampak potongan melintang. (c) Tampak Potongan atas (d) Tampak prespektif
Adapun proses pembuatan daripada alat sambung ini kami mengajak Industri kecil menengah dalam proses pembuatannya. PT Mikronika Internasional, Jl Ngingas Selatan 14, Waru, Sidoarjo.
Gambar 4
Produk plat ikat baja (a) Dibanding dengan glas minuman 200ml (b) Sepasang plat ikat
Hasil dan Pembahasan.
3.1
Manufakturing Prototype Alat sambung plat ikat baja dibuat seperti yang digambarkan dibawah ini :
ISBN No. 978-979-18342-0-9
B-16
Didalam peroses uji laboratorium yaitu uji tarik dilakukan persiapan untuk mendapat hasil yang maksimum. Ada beberapa hasil uji yang harus direkord yaitu, besar displacement (perpanjangan) antara kayu dengan kayu dan displacemen antara kayu dengan plat ikat baja dan besarnya gaya tarik yang terjadi. Adapun set up benda uji tersebut seperti gambar dibawah ini :
Alternatif Alat Sambung Konstruksi Sambungan Kayu Tahan Tarik,Tekan Dan Lentur dengan kayu, yang diambil dari bagian alat uji tarik yang menarik sambungan tersebut. Sedangkan alat ukur B (terlihat yang jauh dipasang dengan menghubung kan bagian alat yang menjepit kayu dengan plat ikat baja. Jadi alat tersebut akan mengambil data perpanjangan dari kayu bagian bawah dengan plat ikat baja. 3.2
Uji Numerikal dan Laboratorium.
Didalam proses pengujian dilakukan secara numerikal maupun dilakukan uji laboratorium untuk mendapatkan suatu hasil yang lebih baik. Didalam penjelasan ini dilakukan dua bagian yaitu proses uji numerikal dan uji laboratorium sebagai berikut :
Gambar5
A. Uji Laboratorium. Proses pengujian tarik dilakukan terhadap 11 benda uji. Didalam proses pengujian karena yang ingin diambil data a b plat ikat adalah kemampuan pikul dari baja, maka kayu yang dipakai untuk menguji digunakan dengan ukuran 5/10 dengan klas kuat II atau kayu kamper kalimantan. Adapun perincian benda uji sebagai berikut :
Set Up Benda Uji. dan proses uji tarik dilaboratorium
Pada set up benda uji seperti gambar 4.3, alat ukur A dipakai untuk mengetahui perpindahan antara kedua kayu yang disambung, sedangkan alat ukur B untuk mengetahui perpindahan antara kayu dengan plat ikat baja. Alat ukur ini dipakai untuk mengetahui seberapa jauh perpindahan yang ditahan oleh alat sambung tersebut, meskipun ketelitian alat tersebut kemungkinan terjadi ketidak cocokan karena tidak tepat atau terjadi slip antara grip yang memegang benda ujinya. Meskipun hal tesebut telah kita persiapkan tetapi karena panjang benda uji yang sangat terbatas maka telah dibuat perbaikan perbaikan yang dilakukan. Adapun perbaikan tersebut masih dalam kaitan yang memenuhi syarat dan dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Sesuai dengan rencana set up awal, pada kondisi dilaboratorium, karena panjangnya benda uji yang hanya 100cm. Maka set up peralatan dipakai seperti terlihat pada gambar 5. Pada set up alat dilaboratorium ditunjukan sebagai berikut, pada alat ukur yang didepan merupakan alat ukur A yang mengukur jarak perpanjangan antara kayu ISBN No 978-979-18342-0-9
o o o o o
2 buah benda uji dengan satu baris @ 4 buah kait pada tiap baris tiap sisinya. 2 buah benda uji dengan dua baris @ 4 buah kait pada tiap baris tiap sisinya. 2 buah benda uji dengan tiga baris @ 4 kait pada tiap baris tiap sisinya. 2 buah benda uji dengan empat baris @ 4 kait pada tiap baris tiap sisinya. 3 buah benda uji dengan 5 baris @ 4 kait pada tiap baris tiap sisinya.
Adapun gambaran macam benda uji tersebut seperti terlihat pada gambar 4.2 dibawah ini. Sedangkan hasil dan spesifikasi data benda uji dapat dilihat pada tabel 1 dibawah ini. Pengujian dilakukan dilaboratorium uji material dan Bahan Jurusan Teknik Sipil FTSP –ITS pada hari kamis tanggal 26 Januari 2006. Adapun nomor 1 sampai dengan 5 sesuai dengan jumlah baris pada plat ikat, sedangkan a, b dan c merupakan jumlah specimennya.
B-17
Munarus Suluch
Tabel 1 Data Specimen dan hasil pengujian Dimensi Specimen Displ A (mm) (axbxL cm) 1A 5,4 x 9,3 x 88,4 (9,63) 1B 5,6 x 9,3 x 98,3 (12,87) 2A 5,7 x 9,3 x 98,7 (12,46)
2
3
Gaya Tarik (Kg)
(19,05) (23,35) (24,10)
320 340 940
2B 3A 3B 4A 4B 5A 5B
6 x 9,4 x 99 6 x 9,4 x 98,9 5,5 x 9,2 x 98,5 5,5 x 9,4 x 98,4 5,6 x 9,2 x 98 5,6 x 9,5 x 97,5 5,6 x 9,3 x 98,7
(15,07) (14,99) (19,75) (12,61) (18,59) (12,07) (22,30)
(26,72) (23,25) (36,80) (28,46) (27,80) (22,47) (25,73)
540 1160 1460 1780 1306 1600 2380
5C
6 x 9,5 x 98,6
(18,14)
(25,73)
1960
B. Tinjauan Numerikal Dari hasil perhitungan secara numerikal didapat rumus rumus seperti pada bab III dapat dihitung 3 kemungkinan lepasnya kait plat baja dari kayu sebagi berikut : 1
Displ B (mm)
Kemungkinan kait putus akibat geser. P1 = τ . Ags kait = 0,58. σdasar. tplat.b = 0,58.1600.0,1.1 Kg = 92,8 kg. Kemungkinan kait lepas karena diplacement. P2 =δ.3EI/L3= 0,1.3.2100000.(1/12)1.(0,1)3/13 = 52 kg. Kemungkinan kait lepas karena kayu terdesak. P3 = Adesak . σdesak kayu = (½).1.1. 85 = 42,5 kg.
Jadi kekuatan satu buah kait diambil nilai terendah dari ketiga kemungkinan tersebut yaitu kemungkinan kait lepas karena kayu terdesak yaitu sebesar 42,5 kg per kait. Jadi apabila perbaris terdapat 4 buah kait maka kekuatan perbaris adalah (4x 42,5 kg)= 168 kg. Sedangkan untuk meyambung dipakai dua buah plat ikat. Maka kekuatan sambungan menjadi 2 x 168 kg = 336 kg per baris per sambungan. Dan apabila ditabelkan kekuatan berdasarkan kemungkinan kait lepas karena kayu tedesak sebagai berikut.
ISBN No. 978-979-18342-0-9
B-18
Tabel 2 Jml baris 1 baris 2 baris 3 baris 4 baris 5 baris
kekuatan alat sambung berdasar jml baris. 4kait/baris 2 plat/ Kekuatan /plat sambungan samb. 168 Kg
336 Kg
336 Kg
168 Kg
336 Kg
672 kg
168 Kg
336 Kg
1008 Kg
168 Kg
336 Kg
1344 Kg
168 Kg
336 Kg
1680 kg
C. Perbandingan Numerikal Vs Uji Laboratorium Dibandingkan dengan uji laboratorium yang dilakukan sebagai berikut :
Alternatif Alat Sambung Konstruksi Sambungan Kayu Tahan Tarik,Tekan Dan Lentur Tabel 3 Perbandingan Uji Lab dgn Numerikal
Jml baris 1 baris 2 baris 3 baris 4 baris 5 baris
Uji Lab. Speci Speci A B (Kg) (Kg)
Kek. Samb. (Kg)
320
340
336
940
540
672
1160
1460
1008
1780
1306
1344
1600
1960
1680
lepas pada posisi yang terlemah pada saat ditarik. Dimana kait akan lepas dengan terlebih dahulu membengkoknya plat.
(%) - 05 & +01 -24 & +39 +15 & +44 -02 & +32 -14 & +17
Gambar 6 Kerusakan pada kayu
4.
Dari hasil perbandingan antara uji lab dengan perhitungan berdasarkan kayu rusak terdesak terlihat ada kesetaraan, meskipun nilai nominalnya secara keseluruhan mempunyai perbedaan sebesar 1% sampai dengan 44%. 3.4
Tinjauan Kerusakan Laboratorium
pada
4.1 Simpulan. Dari hasil analisis pada bab sebelumnya dapat diampil simpulan sebagai berikut : 1 Ditinjau dari kekuatan tarik dari plat ikat baja ada kesetaraan antara uji laboratorium dengan hasil numerikal, meskipun masih terjadi bias. Hal ini terjadi pada semua benda uji baik dari kait dengan 1 baris sampai 5 baris. 2. Ditinjau dari kerusakan akibat uji laboratorium, kecenderungan lepas pada satu sisi saja, khususnya sisi yang lemah, meskipun ada beberapa uji yang lepas pada tiap sisi sambungan. 3. Hapir semua benda uji terjadi kerusakan pada kayu terlebih dahulu kemudian kait lepas dari sambungan nya. Kerusakan desak pada kayu tidak sampai pada bagian kait yang didepannya.
Uji
Dilihat dari kerusakan yang terjadi dapat dilihat pada gambar diatas. Pada kayu terlihat terjadi proses desak pada kayu kemudian plat terlepas, karena terjadi pembekokan akibat mendesak pada kayu. Dan pada keyu terlihat lubang yang besar akibat desak. Dari sisi kerusakan kayu akibat desak tidak mempengaruhi jarak antara kait yang mempunyai jarak 20mm. Demikian juga jarak horisontal antara kait dengan kait yang lain ditinjau pada kerusakan kayu yang terjadi tidak ada pengaruhnya. Atau dengan kata lain jarak tersebut cukup menampung gaya yang terjadi.
4.2
Saran. Meskipun kesimpulan diatas tidak sepenuhnya tepat, karena jumlah benda ujinya relatif sangat minim untuk secara statistik. Maka perlu disrankan sebagai berikut. 1. Perlunya dilakukan uji kekuatan lentur pada sumbu lemah untuk mengetahui kemungkinan bila dipakai kuda-kuda pad posisi tidur kemudian diberdirikan. 2. Apabila alat tersebut dipergunakan sebagai alat sambung maka kekuatan tarik maksimum sekitar 60% dari kemampuan uji laboratorium dan
Sedangkan lepasnya kait dari kayu mempunyai kecenderungan sama yaitu setelah kait mendesak kayu, kemudian kait terjadi displacemen dan kemudian kait lepas setelah batang plat terjadi pembengkokan. Pada saat dilaksanakan pengujian akan lebih jelas lagi proses lepasnya kait. Tidak semua kait bagian atas saat ditarik lepas menunjukan bahwa kait lepas tidak hanya pada posisi diatas atau dibawah. Tetapi kait ISBN No 978-979-18342-0-9
Kesimpulan dan Saran.
B-19
Munarus Suluch
ditinjau pada jumlah baris penuh atau yang direncanakan. 5. §
§
§
§
Daftar Pustaka. Sukobar,. Suluch,M., [2006], “Rancang Bangun Alat Sambungan Kayu Tahan Tarik dan Tekan.”, Laporan Research Grant, TSPDP CEDP FTSP-ITS, Batch Ke II tahun ke 3. Rudianto., dan Suluch, M., [2002] “Studi Alat sambung Plat Ikat Baja sebagai alat sambung alternatif.”, Tugas Akhir Program Diploma Teknik Sipil ITS.
§
§
Tuomi,R,L. dan McCutcheon,W,J., [1978] “Racking Strength of LightFrame Nailed Walls.”, Journal of Structural Division, ASCE, Vol 104, No ST7. Jul 1978, pp1131-1140.
§
Felix,Y,K.,[1964], “Konstruksi Kayu”, Binacipta, Peb-1964.
§
Suwarno., [1964], ”Konstruksi Kayu”, Penerbitan UGM.
“…………..”, “Metoda pengujian Tarik dan Tekan Kayu dilaboratorium.” SNI03 3972-1994.
ISBN No. 978-979-18342-0-9
B-20
Itani,R,Y., Tuomi,R,L dan McCutcheon, W,J. [1982], “Methodology to Evaluate Racking Resistance of Nailed Walls.” Forest Product Journal, Vol 32, No 1, Jan 1982, pp 3036. Robertson,A., [1980], discussion of “Racking Strength of Light-Frame Nailed Walls.”, by R.L,Tuomi dan W,J, McCutcheon, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol 106, No ST9. Sept-1980, pp 1981-1985.
