ANALISA DAN EKSPERIMENTAL PERILAKU KOMPOSIT KAYU GLUGUBETON TERHADAP STRUKTUR LANTAI BALOK T Rosiva1 dan Besman Surbakti2 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl,Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email :
[email protected] Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Jl Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan
ABSTRAK Seiring dengan perkembangan teknologi yang pesat saat ini, telah berkembang metode-metode baru dalam perencanaan konstruksi bangunan, salah satunya metode komposit (gabungan). Komponen struktur komposit kayu Glugu–Beton adalah komposit yang terbentuk dari kayu glugu dan beton, yang digabungkan menjadi satu kesatuan dengan perantara penghubung geser, sehingga mampu bereaksi terhadap beban kerja sebagai satu kesatuan.Balok komposit kayu glugu-beton didesain dengan dua metode yaitu secara elastis dan ultimate.Percobaan ini dilakukan menggunakan 2 sampel yang masingmasing memiliki ukuran penampang kayu 3 x 4 inchi dan beton K-175 panjang bentang +3 m.Dari hasil pengujian didapat,perbandingan beban runtuh dari percobaan terhadap perhitungan teoritis adalah untuk model-1(Elastis) sebesar 62,267%, sedangkan model-2 (Ultimate) sebesar 30,588 %.Dari hasil penelitian diharapkan komponen struktur komposit kayu Glugu-Beton dapat dipakai sebagai bahan alternatif pilihan untuk konstruksi jembatan sederhana, khususnya bagi daerah terpencil yang sulit mendapatkan material penyusun beton, sementara banyak terdapat material kayu sehingga tercapai harga yang ekonomis. Kata kunci : Balok Komposit Kayu Glugu–Beton, Kayu Glugu, Penghubung Geser Paku, Elastis dan Ultimate ABSTRACT Along with the rapid development of technology today, has developed new methods in the planning and construction of buildings, one of which is a method of composite (combined).The composite between kind of wood, Glugu-Concrete is a composite formed from glugu and concrete, which are combined into a single unit with a slide connecting intermediaries, thus being able to react to the workload as a whole. Glugu-Concrete composute beam designed by two methods, namely the elastic and ultimate.The experiment was using two samples, each of which has a size of 3 x 4 inch and concrete K-175 +3 m long spans. From the test results obtained, the comparison of the experimental collapse load of the theoretical calculations is to model-1 (Elastic) of 62.267%, while model-2 (Ultimate) of 30.588%. Expected result of this research structural components of Glugu-concrete composite can be used as alternative materials for bridge construction is simple, especially for remote areas that are difficult to get concrete constituent materials, while there are lots of wood materials in order to reach an economical price. Keywords: Composite Beam of Glugu-Concrete, Glugu wood, Nail Shear Connector, Elastic and Ultimate
1.
PENDAHULUAN
Dewasa ini, penggunaan material komposit sebagai elemen dalam struktur bangunan berkembang dengan pesat. Komposit merupakan salah satu alternatif bahan yang mampu membuat perencanaan dan pelaksanaan suatu proyek teknik sipil menjadi lebih baik dan efisien. Konstruksi komposit (gabungan) adalah gabungan dari beberapa elemen struktur yang berbeda menjadi satu kesatuan yang berintegrasi agar dapat menahan beban dan gaya-gaya luar.
Struktur komposit memanfaatkan sifat fisik dan mekanik dari masing-masing bahan sehingga akan diperoleh komponen yang lebih baik dan mempunyai kelebihan-kelebihan tertentu bila dibandingkan dengan bahan yang membentuknya. Material yang digunakan pun sebaiknya bahan yang mudah diperoleh, mudah pengerjaanya, mencukupi kebutuhan /kekuatan dengan biaya yang relatif murah. Tujuan dalam pembuatan balok komposit adalah untuk meningkatkan daya dukung balok dengan cara memaksimalkan kekuatan yang ada pada masing-masing kekuatan bahan penyusunnya. Kayu mempunyai sifat cukup elastik dengan arti kayu memiliki kuat tarik yang relatif besar. Beton merupakan bahan yang bersifat getas, sehingga lemah terhadap gaya tarik, tetapi beton mampu menerima gaya tekan dengan baik. Pada perencanaan struktur balok beton, beton direncanakan hanya untuk penahan gaya tekan saja, sedangkan untuk menahan gaya tarik diperlukan bahan lain yang memiliki kuat tarik lebih baik daripada beton. Dari masing- masing sifat bahan tersebut apabila dikompositkan, maka diharapkan akan diperoleh sifat gabungan yang lebih baik dari sifat komponen penyusunnya. Yang menjadikan balok kayu dan peat beton dianggap menjadi satu kesatuan adalah akibat dipasangnya alat penyambung geser (shear connector) pada permukaan sentuh kedua bahan tersebut. Penghubung geser ini berfungsi untuk mencegah terjadinya gelinciran ( slip) dan pemisahan (uplift) antara kedua bahan tersebut. Dengan demikian pada struktur balok lantai, dalam menerima beban lentur balok akan berperilaku sebagai balok T, dimana balok dan pelat lantai bekerja monolit.Berdasarkan prinsip balok terlentur, dimana serat atas menerima tegangan tekan sedangkan serat bawah menerima tegangan tarik, maka pada struktur balok T harus didesain serat atas kuat menahan tekan dan serat bawah kuat menahan tarik. Dalam hal ini daerah tekan ditahan oleh pelat beton, daerah tarik ditahan oleh kayu. Oleh karena itu, sistem komposit kayu beton dapat menjadi solusi konstruksi dengan biaya lebih rendah apabila tekniknya dapat diterima dan dikembangkan.
2. METODE Bahan Penelitian Bahan baku utuma yang digunakan adalah kayu glugu,besi,beton,paku,pasir,kerikil dan semen. Hampir semua bahan diperoleh dari toko material, kecuali pasir,kerikil diambil dari PT.KERATON Peralatan Penelitian Peralatan utama pembuatan benda uji, terdiri dari: mesin gergaji kayu (circular panel saw) dan seperangkat peralatan pembuatan beton. Peralatan utama pengujian, terdiri dari: UTM (Universal Testing Machine), timbangan meja, kaliper, mesin kuat desak, oven, hydraulic jack, loading frame, dukungan sendi-rol, dan dial gauge. Benda uji Benda uji pendahuluan (sifat fisika dan mekanika) Benda uji pendahuluan terdiri dari sampel sifat fisika dan sifat mekanika untuk bahan kayu, yang masingmasing dilakukan sebanyak tiga sampel. Benda uji balok komposit (Kayu Glugu-Beton) Jumlah, variasi dan bentuk balok komposit kayu glugu-beton dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Perbandingan antar benda uji.
MUTU BETON
Benda uji 1 (METODE ELASTIS) K-175
Benda uji 2 (METODE ULTIMATE) K-175
DIMENSI BALOK KAYU
7,62 x 10,16 cm
7,62 x 10,16 cm
DIMENSI LANTAI BETON
30 x 5 cm
30 x 5 cm
BAJA TULANGAN
Ø 6 mm
Ø 6 mm
PENGHUBUNG GESER
2x 56 buah
2 x 104 buah
PANJANG BENDA UJI
320 cm
320 cm
Pengujian balok komposit kayu Glugu-Beton dan silinder 28 hari.
Gambar 1 :Pemberian beban pada struktur komposit kayu glugu-lantai beton untuk model elastis dan model ultimate. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian sifat fisika dan mekanika kayu Tabel 2. Hasil Pemeriksaan Kadar Air dengan ukuran 3 cm x 4,5 cm x 6 cm Sampel Berat kering udara (gr) Berat mula-mula (gr) Kadar air (%) 1. 63,25 63,60 15,636 2. 60,11 60,44 15,631 3. 69,23 69,51 15,465 TOTAL 46,732 Maka diperoleh kadar air rata-rata dari ketiga sampel tersebut adalah 15,350 % . Hal ini menunjukkan bahwa kadar air kayu keruing dan bambu petung telah mencapai kadar air keseimbangan (kadar air kering udara) yang nilainya berkisar antara 12 % sampai 20 % (PKKI 1961) Tabel 3. Hasil Pemeriksaan Berat Jenis dengan ukuran 5 cm x 2,5 cm x 7,5 cm. Sampel Berat (gr) volume (cm3) Berat jenis(gr/cm3) 1. 63,25 93,75 0,675 2. 60,68 93,75 0,647 3. 59,22 93,75 0,632 TOTAL 1,954 Maka diperoleh berat jenis rata-rata dari ketiga sampel tersebut adalah 0,623. Dari hasil tersebut, didapat bahwa berat jenis kayu tersebut terletak pada kayu kelas kuat II.
Tabel 4. Hasil Pemeriksaan Kuat Tekan Sejajar Serat Kayu dengan ukuran 2 cm x 2 cm x 6 cm. Sampel Beban (Kg) Luas (cm2) Kuat tekan (kg/cm2) 1. 2500 4 625 2. 2200 4 550 3. 2400 4 600 TOTAL 1775 Maka diperoleh kuat tekan sejajar serat kayu rata-rata dari ketiga sampel tersebut adalah 536,022 kg/cm2
Tabel 5. Hasil Pemeriksaan Kuat Tekan Sejajar Serat Kayu dengan ukuran 2 cm x 2 cm x 6 cm. X Y Sampel Persamaan Y Ew Regangan Tegangan 1
Y = 569,061 x + 4,7352
0,00453
7,313
1613,051
2
Y = 582,243 x + 4,2418
0,00624
7,875
1262,019
3
Y = 182,618 x +6,31408
0,00547
7,313
1337,652
Total
22,501
4.212,722
Sehingga modulus elastisitas dari kayu yang digunakan adalah 97.378,070 Kg/cm2 dan kuat lentur ratarata dari kayu yang digunakan adalah 749,997 kg/cm2. Dari hasil penelitian sifat fiska dan mekanika kayu yang telah dibahas di atas, maka dapat ditabulasikan pada Tabel 6. Tabel 6. Rangkuman penelitian mechanical properties ultimate (PKKI 2002) Jenis Penelitian
Hasil Penelitian
Kadar Air
15,350%.
Berat Jenis
0,623 gr/cm³
Kuat Tekan Sejajar Serat
536,022 kg/cm²
Elastisitas Lentur Kayu
97.378,070 kg/cm²
Tegangan Lentur Kayu
749,997 kg/cm²
Menurut ketentuan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 2002), kuat acuan berdasarkan pemilahan secara mekanis diambil berdasarkan modulus elastisitas lentur. Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa menurut ketentuan kuat acuan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 2002) seperti yang tercantum pada Tabel 6, maka kayu yang digunakan dengan modulus elastisitas 97.378,070 kg/cm² termasuk kayu dengan kode mutu E10. Dan untuk kuat acuan kayu berdasarkan tegangan-tegangan izin atau tegangan ultimate dibagi safety factor sebesar 2,25, maka hasilnya dapat dilihat di tabel 7 berikut ini. Tabel 7 Rangkuman penelitian mechanical properties elastis (PKKI 1961) No. 1
Jenis Penelitian Kadar Air
Hasil Penelitian 15,350%.
2
Berat Jenis
0,623 gr/cm³
3
Kuat Tekan Sejajar Serat
4
Elastisitas Lentur Kayu
97.378,070 kg/cm²
5
Kuat Lentur Izin Kayu
333,332 kg/cm2
238,232 kg/cm²
Dari tabel 7 diatas Elastisitas lentur kayu tersebut adalah 97.378,070 kg/cm² maka berdasarkan PKKI 1961 didapat bahwa untuk kayu kelas II mempunyai Elastisitas sejajar serat E// sebesar 100.000 kg/cm², sehingga dapat disimpulkan bahwa Kayu Glugu setara dengan jenis kayu pada kelas II. Hasil Pengujian Balok Komposit Kayu Glugu-Beton 1. Kekuatan Balok Komposit Dari hasil pengujian lentur dua titik balok komposit diperoleh grafik hubungan beban-lendutan untuk masing-masing balok seperti diperlihatkan pada Gambar 2 Grafik Hubungan Beban - Lendutan Dial 1 dan Dial 3 Model -1 (elastis)
.
8000
7000
7000
6000
6000
5000
5000
4000 3000
L/3 Teoritis L/3 Dial 1 L/3 Dial 3
2000
4000
3000 2000
1000
1000
0
0 0
1
2
3 4 5 6 Penurunan (cm)
7
8
9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Penurunan (cm)
Grafik Hubungan Beban - Lendutan Dial 2 Model - 2 (ultimate)
Grafik Hubungan Beban - Lendutan Dial 1 dan Dial 3 Model -2 (ultimate)
8000
8000
7000 L/3 Teoritis L/3 Dial 1 L/3 Dial 3
6000
6000 Beban (kg)
7000
Beban (kg)
L/2 Dial 2 L/2 Teoritis
Beban (kg)
Beban (kg)
8000
Grafik Hubungan Beban - Lendutan Dial 2 Model - 1 (elastis)
5000 4000 3000
5000 4000 3000
2000
2000
1000
1000
0
0 0
1
2
3 4 5 6 Penurunan (cm)
7
8
9
L/2 Dial 2 L/2 Teoritis
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Penurunan (cm)
2.
Kekakuan balok komposit
Penggunaan kayu glugu pada balok komposit mengakibatkan terjadinya perubahan kekakuan balok. Nilai kekakuan diperoleh dari hubungan beban dan lendutan dari hasil pengujian lentur balok komposit seperti pada Tabel 8 Tabel 8.Kekakuan balok komposit kayu glugu-beton metode elastis Dalam batas elastis lendutan p1 Model-1
p1 (y1)
Pasca batas elastic lendutan p2
Kekakuan (k1)
p2
Kekakuan (k2)
(y2)
Faktor Reduksi Kekakuan Struktur
kg
Cm
kg/cm
Kg
cm
kg/cm
dial -1
4500
3,915
1.149,425
7000
7,651
914,913
0,79
dial -3
4500
4,034
1.115,518
7000
900,322
0,81
rata-rata
4500
3,975
1.132,075
7000
7,713
907,559
0,80
dial-2
4500
5,225
861,244
7000
9,180
762,527
0,89
7,775
Tabel 9.Kekakuan balok komposit kayu glugu-beton metode ultimate Dalam batas elastis
Model-2
p1
lendutan p1
Pasca batas elastis
Kekakuan (k1)
p2
(y1)
lendutan p2
Kekakuan (k2)
(y2)
Faktor Reduksi Kekakuan Struktur
kg
Cm
Kg/cm
Kg
cm
Kg/cm
dial -1
5500
4,833
1.138,009
7500
8,226
911,743
0,80
dial -3
5500
4,985
1.103,309
7500
8,364
896,700
0,81
rata-rata
5500
4,909
1.120,391
7500
8,295
904,159
0,81
dial-2
5500
6,176
890,544
8000
9,563
771,381
0,87
3.
Pola Retak Pola Retak dan Patah benda uji komposit Kayu Glugu-Beton metode elastis
Pola Retak dan Patah benda uji komposit Kayu Glugu-Beton metode ultimate
4.
KESIMPULAN DAN SARAN a. Dari hasil penelitian physical dan mechanical properties didapat: Kadar Air : 15,350 % Berat Jenis : 0,623 gr/cm3 Elastisitas Lentur Kayu : 97.378,07026 kg/cm2 Menurut PKKI 2002 (ultimate) Kuat Tekan Sejajar Serat : 536,022 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu : 745,755886 kg/cm² Menurut PKKI 1961 (elastis) Kuat Tekan Sejajar Serat : 238,232 kg/cm² Tegangan Lentur Kayu : 331,447 kg/cm2 b. Jumlah shear connector dalam perencanaan komposit kayu glugu-lantai beton yang menggunakan metode elastis lebih sedikit sebesar 46,15% dari jumlah shear connector dari metode ultimate. c. Dari hasil pengujian di laboratorium, didapat bahwa balok komposit Kayu Glugu – Lantai beton yang didesain secara elastis mengalami keruntuhan pada saat P = 7500 kg pada balok yang didesain secara ultimate mengalami keruntuhan pada P = 8000 kg. d. Pada model-1 (perencanaan elastis), lendutan maksimum yang terjadi adalah pada L/3 dial 1 = 7,651 cm, pada L/2 dial 2 = 9,180 cm dan L/3 dial 3 =7,775 cm. Hal ini terjadi pada pembebanan 7500 kg. Sedangkan lendutan teoritis dengan beban yang sama adalah pada L/3 = 6,871 cm dan pada L/2 = 8,524 cm. e. Pada model-2 (perencanaan ultimate), lendutan maksimum yang terjadi adalah pada L/3 dial 1 = 8,266 cm, pada L/2 dial 2 = 9,563 cm dan pada L/3 dial 3 = 8,364 cm. Hal ini terjadi pada pembebanan 8000 kg. Sedangkan lendutan teoritis dengan beban yang sama adalah pada L/3 = 7,225 cm dan pada L/2 = 8,907 cm. f. Perbandingan beban runtuh dari percobaan terhadap perhitungan teoritis adalah untuk model1(Elastis) sebesar 62,267%, sedangkan model-2 (Ultimate) sebesar 30,588 %, g. Safety Factor untuk model 1(ELASTIS) adalah 2,650 model 2 (ULTIMATE) adalah 1,440 Dari pengujian ada beberapa saran yang dianggap perlu sebagai berikut : a. Perlu diadakan penelitian kembali pada balok komposit kayu glugu-Lantai beton untuk mendapatkan hasil yang memiliki nilai akurasi yang tinggi. b. Perlu dilakukan pemahaman penggunaan peralatan yang lebih baik untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. c. Perlunya alat-alat laboratorium yang memadai dan terbaru untuk mendapatkan hasil percobaan yang lebih akurat. d. Pada saat melakukan pengujian untuk bahan uji kayu di laboratorium harus bebas dari getaran karena memiliki dampak terhadap pembacaan dial
5.
DAFTAR PUSTAKA Anonim, Standar Tata Cara Pelaksanaan Komponen Struktur Lantai Tingkat Komposit Kayu-Beton Untuk Gedung dan Rumah,Rancangan SNI, Departemen Pekerjaan Umum Bodig,Jozsef,Benjamin A Jayne,1982.Mechanics of Wood and Woodm Composites. Van Nostrand reinhold Company.United States Of America.
Desch,H.E,J.M Dinwoodie,1981.Timber,Its Structure,Properties and Utilisation. Macmillan Education.United Kingdom Frick, Heinz,1981. Ilmu Konstruksi Bangunan Kayu. Jakarta Handana,M. Agung Putra, 2010. Tesis; Analisa dan Kajian Eksperimental Balok Komposit tersusun Kayu dengan Menggunakan Baut sebagai Shear Connector, Program Studi Magister Teknik Sipil USU. Mirwan,Ahmad,2008.Perbandingan Kuat Lentur Balok Berpenampang Persegi dengan Balok Berpenampang I, Tugas Akhir Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Islam Indonesia,Yogyakarta,Daerah Istimewa Yogyakarta. Panitia Teknik Konstruksi dan Bangunan. 1961. Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia.Jakarta: Badan Standarisasi Nasional. Panitia Teknik Konstruksi dan Bangunan. 2002. Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia ( PKKI NI – 5 ). Jakarta: Badan Standarisasi Nasional. Setyo H,Nor Intang,Gathot Heri Sudibyo,2005. Balok Komposit (Glulam) Bambu-keruing pada Lantai beton,Jurnal Fakultas Teknik Sipil Unsoed.Purwokerto.Jawa tengah SK SNI 03-1729-2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung, Badan Standar Nasional. SK SNI 03-2847-2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, Badan Standar Nasional. Surbakti, Besman. 2009. Catatan Kuliah :Pengantar Mata Kuliah Struktur Kayu. Departemen Teknik Sipil Fakultas Universitas Sumatra Utara Surbakti, Besman. 2010. Catatan Kuliah :Teori Plastisitas.Departemen Teknik Sipil Fakultas Universitas Sumatra Utara Suwandojo Siddiq dan Siti Zubaidah Kurdi, 1987, Daya dan Perilaku Komponen Struktur Lantai Tingkat Komposit Kayu-beton Terhadap Beban Lentur Statik. Laporan Penelitian, Pusat Penelitian dan Pengembangan Permukiman Departemen Pekerjaan Umum. Tobing,Goverment T. P. Lbn, 2005. Skripsi;Komposit Kayu dan Beton Penampang Persegi dengan Shear Connector Kampuh Vertikal,Kampuh Horizontal dan Gabungan antara Kampuh Vertikal Horizontal, Progam Studi S-1 Teknik Sipil USU. Winter,George, Nilson,Arthur.1993. Perencanaan Struktur Beton Bertulang.Institut Teknologi Bandung. Yap,K.H Felix,1965.Konstruksi Kayu.Binacipta.Jakarta
