ANALISA DAN EKSPERIMENTAL PERILAKU KOMPOSIT KAYU PANGGOH – BETON TERHADAP STRUKTUR LANTAI BALOK T (EKSPERIMENTAL) Novalena Sinurat1 dan Besman Surbakti2 1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email :
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email :
[email protected]
ABSTRAK Penelitian ini mengenai komposit balok kayu Panggoh - Beton. Kayu panggoh merupakan nama lain untuk sisi luar pohon aren (arenga pinnata) di wilayah Sumatera Utara, khususnya di Kabupaten Karo. Dalam hal ini daerah tekan ditahan oleh pelat beton, daerah tarik ditahan oleh kayu. Perencanaan balok komposit direncanakan dengan metode kuat batas (ultimate strength design). Ukuran penampang kayu yang digunakan yaitu 6 cm x 9 cm, beton dengan mutu K-225 dimensi 30 cm x 5 cm dan menggunakan paku 4.2 inchi sebagai penghubung geser. Panjang bentang balok adalah 2,5 m dan dibuat 1 sampel dirancang berdasarkan metode ultimate. Dari hasil pengujian diperoleh beban runtuhnya adalah 8 Ton. Sedangkan secara teoritis beban runtuhnya adalah 7,703 Ton. Maka perbandingan hasil penelitian dan teoritis untuk sampel pertama adalah 1,038. Dari hasil pengamatan tidak terjadi slip antara kedua bidang kontak, hal ini menunjukkan penghubung geser cukup kuat membentuk aksi komposit. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh gambaran perbandingan kuat lentur komposit kayu panggoh–beton dan mengetahui hubungan beban–lendutan struktur komposit. Dari hasil penelitian ini diharapkan komposit kayu Panggoh - Beton dapat dipakai sebagai bahan alternatif pilihan untuk konstruksi jembatan sederhana, terutama pada konstruksi rumah dan jembatan di daerah terpencil. Selain harganya yang relatif murah dan terjangkau juga sangat mudah ditemukan dan jumlahnya yang cukup melimpah khususnya di daerah terpencil. Kata Kunci : Komposit Kayu Panggoh-Beton, Penghubung Geser, dan Elastis dan Ultimate.
ABSTRACT This study on composite beams Panggoh - Concrete. Panggoh wood is another name for the outer side of the palm tree (arenga pinnata) in North Sumatra, especially in Karo. In this case the local press were detained by the concrete slab, wood detained by local attraction. Planning composite beam is planned with a powerful method limit (ultimate strength design). Cross-sectional size of the timber used is 6 cm x 9 cm, concrete quality K-225 with dimensions of 30 cm x 5 cm and using the nail as a liaison sliding 4.2 inches. Beam span length is 2.5 m and made 1 sample is designed based on the ultimate method. From the test results obtained by the collapse load is 8 tons. While theoretically the collapse load is 7.703 Tons. The comparative and theoretical research results for the first sample is 1,038. From the observations do not slip between the contact area, it shows connecting shear is strong enough to form a composite action. The purpose of this study was to obtain comparative picture panggoh flexural strength of composite wood-concrete and determine the relationship of the load-deflection of composite structures. From the results of this study are expected composite wood Panggoh - Concrete can be used as an alternative material for bridge construction is simple, especially in the construction of houses and bridges in remote areas. Besides the price is relatively cheap and affordable also very easy to find and the numbers are quite abundant, especially in remote areas. Keywords: Panggoh Wood-Concrete, shear connector, and Elastic and Ultimate.
PENDAHULUAN Latar belakang Balok merupakan sistem struktur yang sangat banyak dan umum dipakai pada dunia konstruksi. Dewasa ini, penggunaan balok komposit sudah banyak digunakan. Struktur komposit (Composite) merupakan struktur yang terdiri dari dua material atau lebih dengan sifat bahan yang berbeda dan membentuk satu kesatuan sehingga menghasilkan sifat gabungan yang lebih baik. Semen, pasir, kerikil atau batu pecah, dan tulangan baja, umumnya, pada hampir semua wilayah Indonesia ketersediaan pasir maupun kerikil tidak begitu menjadi masalah karena terjadi suplai yang terus-menerus akibat aktivitas gunung berapi. Dilihat dari sisi ini, pemakaian beton cukup ekonomis, namun jika dilihat dari harga tulangan baja yang semakin mahal, maka biaya total pembuatan beton akhirnya menjadi mahal. Tulangan baja semakin mahal karena memang keter-sediaan bahan dasarnya (bijih besi) juga semakin terbatas dan tidak mungkin diupayakan peningkatan produksinya karena termasuk sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Kayu panggoh merupakan nama lain untuk sisi luar pohon aren di wilayah Sumatera Utara, khususnya di Kabupaten Karo. Kayu panggoh dipakai oleh masyarakat Karo sebagai kandang hewan peliharaan mereka. Kayu panggoh digunakan karena sifatnya yang dikenal sangat kuat sehingga dapat menahan gigitan hewan tersebut. Penampang komposit adalah penampang yang terdiri dari profil baja dan beton digabung bersama untuk memikul beban tekan dan lentur. Batang yang memikul lentur umumnya disebut dengan balok komposit. Yang menjadikan balok kayu dan pelat 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. Pada percobaan ini, pohom aren yang digunakan berumur ± 20 tahun.
TINJAUAN PUSTAKA Kayu panggoh sebagai salah satu hasil hutan yang belum banyak dikenal oleh masyarakat, merupakan salah satu alternatif yang dapat menggantikan peranan kayu solid sebagai bahan baku untuk keperluan bahan bangunan. Melihat keperluan masyarakat akan kayu yang terus meningkat, batang aren diharapkan mampu memenuhi kebutuhan masyarakat sehingga diperlukan penelitian yang lebih lanjut untuk pengembangannya. Namun sayang, tanaman ini kurang mendapat perhatian untuk dikembangkan atau dibudidayakan secara sungguh-sungguh oleh berbagai pihak. Informasi mengenai sifat physical dan mechanical properties dari kayu panggoh belum banyak diketahui. Berdasarkan hal tersebut perlu diadakan upaya mengetahui sifat fisis dan mekanis dari kayu panggoh untuk menilai kemungkinan penggunaan kayu sebagai bahan komposit penggunaan bahan bangunan. 1) Sifat Fisis Kadar air kayu Dimana :
W = Kadar air kayu (%) Gx = Berat benda uji mula-mula (gr) Gku = Berat benda uji setelah kering udara (gr) Berat jenis kayu Berat jenis (BJ) = Dimana wx = Berat kayu vx = Volume kayu
2) Sifat Mekanis Keteguhan tekan Keteguhan tarik Keteguhan lengkung / lentur
METODE PENELITIAN Pengujian dilakukan dengan beberapa tahapan yaitu pengujian sampel kayu panggoh, pengujian beton dan pengujian model komposit balok beton-kayu. Kayu yang digunakan untuk penelitian ini adalah kayu panggoh dan
mutu beton yang digunakan adalah k-225. Bahan-bahan tersebut akan diteliti sifat-sifat fisis dan mekanisnya sehingga diperoleh karakteristik yang diperlukan untuk pengujian komposit nantinya.
Persiapan Pengujian Kayu yang diambil adalah kayu panggoh dengan ukuran 3 x 9 cm sebanyak 2 buah, dengan panjang bentang bersih 5 meter. Kayu tersebut akan diteliti sifat – sifat mekanis dan fisisnya sehingga diperoleh karakteristik yang diperlukan untuk pengujian komposit nantinya.
Pelaksanaan Pengujian Sebelum dipakai sebagai bahan bangunan, kayu panggoh yang akan digunakan sebaiknya diuji untuk mengetahui apakah kayu tersebut layak untuk dipakai. Pada percobaan ini akan dilakukan pengujian Physical Properties dan Mechanical Properties kayu sesuai standar ISO 22157-1 : 2004. Pengujian tersebut meliputi : 1.
Pemeriksaan kadar air Benda uji dibuat berukuran 3 cm x 4,5 cm x 6,5 cm masing – masing untuk satu benda uji untuk bagian bawah, tengah, dan atas.
4,5 cm 3cm
6,5 cm
3 cm
Gambar 1: Sampel Pengujian Kadar Air 2.
Pemeriksaan berat jenis
7,5 cm
2,5 cm 5 cm Gambar 2: Sampel pemeriksaan berat jenis
3.
Pengujian kuat tekan sejajar serat P
6 cm 2 cm 2 cm Gambar 3: Sampel kuat tekan sejajar serat 4.
Pengujian kuat tarik sejajar serat R5 1,2 cm
6,5 cm
6 cm
6,5 cm
Gambar 4: Sampel Kuat Tarik Sejajar Serat
5.
Pengujian kuat lentur 2 cm 2 cm 30 cm Gambar 5: Sampel pengujian kuat lentur
ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu Tabel 1 : Rangkuman Penelitian Mechanical Properties (PKKI 2002) Jenis Penelitian Hasil Penelitian Kadar Air 15,931% Berat Jenis 1,020 gr/cm3 Kuat Tekan Sejajar Serat 812,169 kg/cm2 Kuat Tarik Sejajar Serat 1838,54 kg/cm2 Elastisitas Lentur Kayu 131665 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu 1437,39 kg/cm2
`Menurut ketentuan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 2002), kuat acuan berdasarkan pemilahan secara mekanis diambil berdasarkan modulus elastisitas lentur. Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa menurut ketentuan kuat acuan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 2002), maka kayu yang digunakan dengan modulus elastisitas 131.665 kg/cm2 termasuk kayu dengan kode mutu E13 = 14000 MPa. Untuk kuat acuan kayu berdasarkan tegangan-tegangan izin atau tegangan ultimate dibagi safety factor sebesar 2,25, maka hasilnya adalah Tabel 2 : Rangkuman Penelitian Mechanical Properties (PKKI 1961) Jenis Penelitian Hasil Penelitian Kadar Air 15,931% Berat Jenis 1,020 gr/cm3 Kuat Tekan Sejajar Serat 360,964 kg/cm2 Kuat Tarik Sejajar Serat 817,129 kg/cm2 Elastisitas Lentur Kayu 131665 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu 638,84 kg/cm2 Dari Tabel diatas, elastisitas lentur kayu tersebut adalah 131.665 kg/cm2, maka berdasarkan PKKI 1961 didapat bahwa untuk kayu kelas I mempunyai elastisitas sejajar serat E// sebesar 125.000 kg/cm 2, maka dapat disimpulkan bahwa Kayu Panggoh setara dengan jenis kayu pada kelas I. Perencanaan Komposit Balok T Kayu-Beton Untuk material bahan penyusun komposit balok T kayu beton digunakan kayu panggoh 6 x 9 cm dan beton normal dengan mutu K-225. Dari hasil peneltian physical dan mechanical properties kayu diketahui data-data sebagai berikut :
Kuat lentur Kayu = 1.437,39 kg/cm2 Elastisitas kayu = 131.665 kg/cm2 Kuat tekan sejajar serat kayu = 812,169 kg/cm2 Berat jenis kayu = 1,020 kg/cm3 Direncanakan beton normal mutu K-225 (19,125 Mpa) Elastisitas beton = 4700
Analisa Perencanaan Balok Komposit Kayu Panggoh-Lantai Beton Secara Elastis
30 cm
Gambar 6 : Dimensi Komposit Menentukan garis netral ultimate Besarnya resultan gaya tersebut adalah: C = 0.85 x f'c x bc x hc T = 0,85 x 1,0 x bw x hw
Persamaan kesetimbangan: C=T 0.85 x f'c x bc x hc = 0,85 x 1,0 x bw x hw Besarnya resultan gaya tersebut adalah Cc = 0,85 . f’c . bc. hc = 191,25 kg/cm2 x 30 cm x 5 cm = 28.687,5 kg Tw = 0,8x 1,0 x fb x bw x hw = 1221,782 kg/cm2 x 6 cm x 9 cm = 65.976,228 kg Asumsi sumbu netral ultimate jatuh di pelat beton,
Menentukan gaya tekan pada kayu Tw’ = Cc + Cw ...............................................(1) Tw’ = Aw.fb’ – Cw..........................................(2) Dengan mensubtitusikan persamaan (1) dan (2) di dapat persamaan :
Tw’= Cc + Cw =
kg +
kg
= 47.331,864 kg Menghitung tinggi balok tekan pada kayu atau letak sumbu netral ultimate dari sebelah atas balok kayu.
= 2,5433 cm
0,85. f’c
30 cm
Cc
5
Cw
2,5433
Z2
Tw ’
6,4567 fb izin fb izin
Gambar 7: Letak garis netral dan tegangan ultimate Menentukan lengan momen Z1 dan Z2 Z 1= 14 cm – ( . 6,4567 cm ) – 5cm – ( . 2,5433 cm ) = 4,5 cm
Z1
Z2 = 14 cm – ( . 5 cm) – ( ) = 8,27165 cm Menentukan momen yang bekerja Mn = Cc . Z2 + Cw.Z1 = (28.687,5kg)(8,27165cm) + ( = 321.192,597 kg cm = 3,21 Tm Menentukan P runtuh 0,5P 0,5P
)(4,5cm)
P
L/3
L/3
Mp
L/3
Mp
Mp
0,833m
0,8333 m
Mp
0,833m
Gambar 8: Mekanisme runtuh Momen luar = Momen dalam Mp.θ1 + Mp.θ2 = 0,5.P.(L/3). θ1 + 0,5 .P. (L/3). θ2 Mp.(θ1 + θ2) = 0,5.P. (L/3).( θ1+ θ2) Mp = . P. L P
=
P = P = 7.708,622 kg = 7,708 ton Maka secara teoritis balok komposit kayu panggoh - lantai beton tersebut akan runtuh pada beban sebesar 7,708 ton Beban layan = =
= 5,929 ton
Maka beban layan yang dapat dipikul oleh balok komposit adalah 5,929 Ton. Hasil Pengujian Komposit Pengujian dilakukan sedemikian rupa sehingga dapat diperoleh hubungan antara besarnya beban dan lendutan yang terjadi pada komposit kayu – beton. adapun data – data akan dilampirkan sebagai berikut : Tabel 3: Data penurunan (Y) dari hasil percobaan komposit Beban Model Ultimate P (kg) 0 500 1000 1500
Y1 (Dial 1) 0 0,398 0,842 1,198
Y2 (Dial 2) 0 0,577 1,100 1,544
Y3 (Dial 3) 0 0,402 0,815 1,244
2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000
P (kg) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000
Y1 (L/3) (cm) 0 0,398 0,842 1,198 1,602 2,015 2,395 2,804 3,224 3,612 4,117 4,723 5,879 7,017 8,024 9,108 10,024
1,602 2,015 2,395 2,804 3,224 3,612 4,117 4,723 5,879 7,017 8,024 9,108 10,024
2,002 2,503 3,047 3,623 4,187 4,807 5,480 6,248 7,580 8,930 10,097 11,448 12,536
1,673 2,079 2,490 2,960 3,397 3,845 4,430 5,079 6,178 7,323 8,433 9,335 10,356
Tabel 4: Nilai EI dari hasil percobaan komposit Y2 Y3 EI EI (L/2) (L/3) Kgcm2 Kgcm2 (cm) (cm) 0 0 0 0 302922793 0,577 271633021 0,402 286373566,8 1,100 284967733 0,815 301911364,6 1,544 304531580 1,244 301031889,2 2,002 313151355 1,673 299164445,7 2,503 313088800 2,079 302037423,6 3,047 308629314 2,49 300978210,1 3,623 302822460 2,96 299164445,7 4,187 299464539 3,397 300406822,9 4,807 293445034 3,845 292842534,9 5,480 286007761 4,430 280795254,6 6,248 275937065 5,079 246089345 7,580 248124939 6,178 223360771,1 8,930 228165654 7,323 210354661,3 10,097 217317178 8,433 198556112,7 11,448 205361967 9,335 192439380,1 12,536 200041165 10,356
EI Kgcm2 0 299908635,8 295860789,2 290747439,6 288256477,2 289954958,2 290513907,5 285115845 283928811,6 282202716,4 272151854,6 261113602,6 234179226,2 214027383,7 200152472,7 193727806,5 186270021,8
Rasio antara beban (P) dan lendutan (Y) dalam keadaan linier menunjukkan kekakuan struktur (k) yaitu percobaan didapat : Tabel 5: Nilai kekakuan dari hasil percobaan komposit Dalam batas elastis Pasca batas elastis Balok Komposit Dial – 1 Dial – 3 Rata – rata Dial – 2
P1
Lendutan P1 (y1)
Kekakuan (k1)
Kg 6000 6000
Cm 5,879 6,178
6000 6000
Faktor reduksi kekakuan struktur
P2
Lendutan P2 (y2)
Kekakuan (k2)
Kg/cm 1020,582 971,188
Kg 8000 8000
Cm 10,024 10,356
Kg/cm 798,085 772,499
6,0285
995,272
8000
10,190
785,083
0,789
7,580
791,557
8000
12,536
638,162
0,806
0,782 0,795
. Dari
Tabel 6: Data penurunan (Y) teoritis balok komposit kayu panggoh – beton Perhitungan Lendutan Hasil Teoritis Beban Lendutan P L/3 L/2 Kg Cm Cm 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000
0 1,303 1,733 2,162 2,592 3,022 3,451 3,881 4,310 4,740 5,169 5,599 6,029 6,458 6,888 7,317 7,747
0 1,567 2,113 2,660 3,207 3,753 4,300 4,847 5,393 5,940 6,487 7,033 7,580 8,127 8,673 9,220 9,767
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Dari hasil penelitian physical dan mechanical properties didapat : Kadar Air : 15,931 % Berat Jenis : 1,020 gr/ cm3 Elastisitas Lentur Kayu : 131.665 kg/cm2 Menurut PKKI 2002 (ultimate) Kuat Tekan Sejajar Serat : 812,169 kg/cm2 Kuat Tarik Sejajar Serat : 1.838,54 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu : 1.437,39 kg/cm2 Menurut PKKI 1961(elastis) Kuat Tekan Sejajar Serat : 360,964 kg/cm2 Kuat Tarik Sejajar Serat : 817,129 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu : 638,84 kg/cm2 2. Jumlah shear connector dalam perencanaan komposit Kayu Panggoh – Beton yang didesain secara metode ultimate ini lebih besar 50% dari jumlah shear connector dari metode elastis. 3. Dari hasil pengujian laboratorium, didapat bahwa balok komposit Kayu Panggoh – Beton yang didesain secara ultimate ini mengalami keretakan I pada saan pembebanan P = 6.000 kg. 4. Pada balok komposit Kayu Panggoh – Beton yang didesain secara ultimate ini, lendutan maksimum yang terjadi adalah pada L/3 dial 1 = 10,024 , pada L/2 dial 2 = 12,536 cm , dan L/3 dial 3 = 10,356 cm. Hal ini terjadi pada pembebanan 8.000kg. Sedangkan lendutan teoritis dengan beban yang sama adalah pada L/3 = 7,747 cm dan pada L/2 = 9,767 cm. 5. Perbandingan beban runtuh dari percobaan terhadap perhitungan teoritis adalah 3,7125 % . 6. Safety factor untuk balok komposit kayu panggoh – beton ini adalah 1.039. Saran 1. 2.
Sebaiknya pada perencanaan balok komposit Kayu Panggoh – Beton, nilai kualitas betonnya diperbesar, supaya ketika pembebanan balok komposit tersebut diuji menggunakan hydraulic jack, kayu panggohnya juga ikut mengalami keretakan. Perlu diadakan pemahaman penggunaan peralatan yang lebih baik untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat.
3. 4. 5.
Dalam pemakaian standar deviasi pada kuat lentur, penulis menggunakan 2 data saja. Sebaiknya dalam menggunakan standar deviasi, harus digunakan minimal 3 data. Hal tersebut dapat jadi bahan koreksi bagi penulis apabila melakukan penelitian kembali. Perlu diadakan penelitian kembali pada balok komposit kayu panggoh – beton untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Perlunya alat laboratorium yang memadai dan terbaru untuk mendapatkan hasil percobaan yang lebih akurat.
DAFTAR PUSTAKA Anonim, Standar Tata Cara Pelaksanaan Komponen Struktur Lantai Tingkat Komposit Kayu – Beton untuk Gedung dan Rumah, Rancangan SNI, Departemen Pekerjaan Umum. Desch, H.E,J.M Dinwoodie, 1981. Timber, it’s Structure, Properties and Utilisation.Macmillan Education.United Kingdom Frick, Heinz,1981. Ilmu Konstruksi Bagunan Kayu.Jakarta Panitia Teknik Konstruksi dan Bangunan 1961. Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia. Jakarta :Badan Standardisasi Nasional. Panitia Teknik Konstruksi dan Bangunan 2002. Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI NI -5 ). Jakarta :Badan Standardisasi Nasional. Rosiva, 2012, Skripsi ; Analisa dan Eksperimental Perilaku Komposit Kayu Glugu – Beton terhadap Struktur Lantai Balok T, Program Studi Teknik Sipil USU. SK-SNI 03 – 1729 – 2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung, Badan Standar Nasional. Sumarni, Sri,2007. Struktur Kayu. Penerbit Lembaga Pengembangan Pendidikan (LPP) UNS dan UPT Penerbitan dan Pencetakan UNS (UNS Press), Surakarta.
