ANALISA DAN EKSPERIMENTAL PERILAKU TEKUK KOLOM KOMPOSIT KAYU PANGGOH BETON ( Eksperimental) TUGAS AKHIR

ANALISA DAN EKSPERIMENTAL PERILAKU TEKUK KOLOM KOMPOSIT KAYU PANGGOH – BETON ( Eksperimental)

TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh Colloqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun Oleh : MARIA VERONICA SAMOSIR 090404179

BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK Kolom sebagai komponen struktur yang memegang peranan penting dalam menerima beban tekan aksial dan meneruskannya ke pondasi. Umumnya kolom sangat rentan terhadap bahaya tekuk (buckling). Tekuk (buckling) adalah suatu ragam kegagalan yang diakibatkan oleh ketidakstabilan suatu elemen struktur yang dipengaruhi oleh aksi beban (beban tekuk). Beban tekuk adalah beban yang dapat menyebabkan suatu kolom menekuk, beban ini disebut juga dengan beban kritis. Penelitian mengenai perilaku tekuk ini dilakukan terhadap kolom komposit yaitu kolom komposit kayu panggoh – beton. Kayu panggoh dipilih karena kayu ini termasuk pada kayu kelas kuat I dengan kuat tekan dan elastisitas serta kuat lentur yang tinggi juga sifatnya yang keras. Sebagai satu kesatuan struktur komposit kayu panggoh akan diletakkan tepat di tengah kolom dengan mutu beton yang digunakan adalah K-225. Dimensi kolom 10 cm x 13 cm dan kayu panggoh dengan ukuran 4 cm x 6 cm. Kolom komposit kayu panggoh – beton dirancang dan dianalisis berdasarkan teori tekuk euler. Dari pengujian tekuk yang dilakukan di laboratorium diperoleh beban elastis (Pelastis) sebesar 11500 kg dengan deformasi yang terjadi adalah 5,825 mm, beban kritis (Pcr) sebesar 16500 kg dengan deformasi yang terjadi adalah 13,5 mm, dan beban runtuh (Pultimate) sebesar 18000 kg dengan deformasi yang terjadi 15,35 mm. Sedangkan berdasarkan perhitungan secara analitis diperoleh beban elastic (Pelastis) sebesar 7568,623 kg dan tegangan elastis (σelastis) = 58,217 kg/cm2; beban kritis (Pcr) sebesar 13694,799 kg dan tegangan kritis (σcr) = 105,344 kg/cm2 dan beban ultimate (Pultimate) sebesar 14778,607 kg dengan tegangan ultimate (σultimate) = 113,682 kg/cm2. Kata kunci: Kolom, Tekuk Euler, Kayu Panggoh, Komposit Kayu Panggoh – Beton, Beban Kritis, Tegangan Kritis.


KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah menyatakan kasih dan rahmatNya kepada saya hingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Karena kasih karuniaNya-lah yang selalu menyertai dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini dan memberi kesempatan ini kepada saya. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang studi struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul : “ANALISA DAN EKSPERIMENTAL PERILAKU TEKUK KOLOM KOMPOSIT KAYU PANGGOH – BETON (EKSPERIMENTAL)”

Saya menyadari bahwa dalam penyelesaian tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1.

Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku dosen pembimbing, yang telah memberikan masukan, bimbingan dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

2.

Bapak Ir. Besman Surbakti, MT selaku dosen yang telah memberikan ide dan dukungan, selalu bersabar memberikan masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

3.

Bapak Ir. Torang Sitorus, MT selaku dosen penguji yang juga telah memberikan masukan dan saran untuk tugas akhir saya ini.

4.

Ibu Nursyamsi, ST, MT selaku dosen penguji yang juga telah memberikan masukan dan saran untuk tugas akhir saya ini.


5.

Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6.

Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7.

Bapak/Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

8.

Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya.

9.

Asisten Laboratorium Bahan Rekayasa: Hafiz’09, Prima’09, Reza’09, , Rahmad’10, Fauzi’10.

10. Untuk

keluargaku

yang

selalu

mendukung

dan

mendoakanku

dalam

menyelesaikan tugas akhir ini. Untuk kedua orangtua yang sangat kukasihi dan kuhormati: Bapakku, B. Samosir dan Ibunda, D. Rajagukguk. Orangtua yang sangat kukasihi dan kusayangi yang selalu mendukungku dalam doa dan materil. Tidak pernah jemu mendidikku menjadi anak yang takut akan Tuhan, jujur, bertanggung jawab dan rendah hati juga menjadi anak yang terus berjuang dalam segala keadaan. Dan untuk kakakku Sumondang Evelina Samosir juga adik – adikku Christine Artha Pratiwi Samosir, Sri Wulan Magdalena Samosir, Boris Yeltsin Samosir, Ros Intan Lawren Samosir dan Yohana Betharia Permata Samosir tak lupa juga Gindo Tohap Ariaman Samosir yang selalu menyemangati dan mendukung dalam doa. 11. Untuk rekan-rekan seperjuangan dalam tugas akhir ini: Sumihar Risna Pasaribu, Ihsanuddin Saputra, Putri Nurul Hardhanti dan Arthur William Bangun. Juga teman – teman : Mariance, Plani, Desi, Elisa, Manna Grace, Sahala, Wahyu,


Frengky, Jimmy, Jostar, Hasoloan, Agrifa, Bembeng, John, Ovit, Suparta, Edwin, Abraham, Yoppi, yang telah membantu dalam pelaksanaan tugas akhir ini. Dan seluruh rekan-rekan stambuk 2009 yang tidak dapat disebutkan satu persatu. 12. Adik-adik angkatan 2012 dan 2011 yang telah membantu kami dalam proses pengerjaan tugas akhir ini: Jerry Christian Titaley, Carlos, Gery, dan adik – adik lainnya. 13. Bapak Sembiring serta keluarga di Namorambe yang telah bersedia membantu kami dalam memperoleh kayu panggoh yang kami gunakan dalam pengerjaan tugas akhir ini. 14. Bapak Freddy Utomo (PT. BAJA DELI) yang telah memberikan dukungan berupa bahan yang kami gunakan dalam proses pengerjaan tugas akhir ini. Penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu dalam bidang Teknik Sipil pada khusunya dan bagi para pembaca pada umumnya.

Medan,

Maret 2014 Penulis,

Maria Veronica Samosir 09 0404 179


DAFTAR ISI ABSTRAK ................................................................................................................. i KATA PENGANTAR .............................................................................................. ii DAFTAR ISI ...............................................................................................................v DAFTAR TABEL ................................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... ix DAFTAR GRAFIK ................................................................................................. xi DAFTAR RUMUS .................................................................................................. xii DAFTAR NOTASI.................................................................................................. xiv

BAB I

PENDAHULUAN .................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah ........................................................................... 6 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................... 6 1.4 Metodologi Penelitian ........................................................................ 6 1.5 Batasan Masalah ................................................................................ 7 1.6 Mekanisme Pengujian ......................................................................... 8 1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................... 9

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 10 2.1 Umum .............................................................................................. 10 2.2 Kayu ................................................................................................. 10 2.2.1 Sifat Utama Kayu .................................................................... 11 2.2.2 Sifat Fisis dan Mekanis Kayu .................................................. 12 2.2.2.1 Sifat Fisis Kayu .............................................................. 12 2.2.2.2 Sifat Mekanis Kayu ....................................................... 14 2.2.3 Tegangan Bahan Kayu ........................................................... 18 2.2.4 Kuat Acuan Berdasarkan Pemilahan Secara Mekanis ........... 21 2.2.5 Kuat Acuan Berdasarkan Pemilahan Secara Visual ............... 23 2.2.6 Kayu Panggoh ......................................................................... 25 2.3 Perilaku Regangan-Tegangan Beton ................................................ 35 2.3.1 Sifat – sifat Beton ................................................................... 27


2.3.1.1 Kuat Tekan Beton .......................................................... 28 2.3.1.2 Modulus Elastisitas Beton ............................................. 30 2.3.1.3 Kuat Tarik Beton ........................................................... 31 2.3.2 Bahan Penyusun Beton ........................................................... 31 2.3.2.1 Semen ............................................................................ 31 2.3.2.2 Agregat .......................................................................... 34 2.3.2.3 Air .................................................................................. 35 2.4 Kolom .............................................................................................. 36 2.5 Stabilitas Struktur Kolom ................................................................ 40 2.6 Teori Tekuk ...................................................................................... 43 2.7 Teori Euler ....................................................................................... 43 2.8 Batas Berlakunya Persamaan Euler ................................................. 46 2.9 Prinsip Perencanaan Struktur Komposit .......................................... 48

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN ..........................................................53 3.1 Pendahuluan ..................................................................................... 53 3.2 Pengujian Kayu ................................................................................ 53 3.2.1 Persiapan Pengujian ................................................................. 53 3.2.2 Pelaksanaan Pengujian ............................................................. 53 3.2.2.1 Pemeriksaan Kadar Air .................................................. 54 3.2.2.2 Pemeriksaan Berat Jenis ................................................. 55 3.2.2.3 Pengujian Kuat Tekan ................................................... 56 3.2.2.4 Pengujian Kuat Tarik ..................................................... 57 3.2.2.5 Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas Pada Penurunan Ijin 58 3.2.2.6 Pengujian Kuat Geser .................................................... 60 3.3 Pengujian Beton ............................................................................... 62 3.3.1 Persiapan Pengujian ................................................................ 62 3.3.1.1 Semen ............................................................................ 62 3.3.1.2 Agregat Halus ................................................................ 62 3.3.1.3 Agregat Kasar ................................................................ 62 3.3.2 Pembuatan Beton .................................................................... 63 3.3.3 Pengujian Kuat Tekan Beton .................................................. 63 3.4 Pengujian Tekuk Kolom Komposit Kayu Panggoh – Beton ........... 64 3.4.1 Perancangan Dudukan Alat Uji Tekuk Modifikasi ................. 64


3.4.2 Persiapan Pengujian Kolom .................................................... 69 3.4.3 Proses Pengujian Benda Uji .................................................... 70

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 71 4.1 Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties ...................... 71 4.1.1 Hasil Pemeriksaan Kadar Air .................................................. 71 4.1.2 Hasil Pemeriksaan Berat Jenis ................................................ 72 4.1.3 Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat Kayu .................... 73 4.1.4 Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat Kayu ...................... 74 4.1.5 Hasil Pengujian Elastisitas dan Kuat Lentur Kayu ................. 76 4.1.6 Hasil Pengujian Kuat Geser Kayu .......................................... 81 4.1.7 Kesimpulan Hasil Penelitian Physical dan Mechanical Properties ........................................................................................................... 83 4.2 Perencanaan Komposit Kayu Panggoh – Beton Sebagai Satu Kesatuan Komposit ........................................................................................... 84 4.3 Pengujian Tekuk .............................................................................. 85 4.4 Perbandingan Hasil Pengujian di Laboratorium dengan Analisa Teori Euler ................................................................................................. 89 4.5 Diskusi Perilaku Tekuk Kolom Komposit Kayu Panggoh – Beton ...92

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 94 5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 94 5.2 Saran ................................................................................................ 95

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 96 DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... 98


DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai Kuat Acuan (MPa) Berdasarkan Atas Pemilahan Secara Mekanis Pada Kadar Air 15% ( Berdasarkan PKKI NI – 5 2002 ) ......................... 22 Tabel 2.2 Faktor Koreksi Layan Basah, Cm ............................................................. 23 Tabel 2.3 Faktor Koreksi Temperature, Ct ............................................................... 23 Tabel 2.4 Nilai Rasio Tahanan ................................................................................. 24 Tabel 2.5 Cacat Maksimum Untuk Semua Kelas Mutu Kayu ................................. 25 Tabel 2.6 Perbandingan Kuat Tekan Beton Pada Berbagai Umur Untuk Benda Uji Silinder yang Dirawat di Laboratorium .................................................... 29 Tabel 4.1 Hasil Pemeriksaan Kadar Air Kayu .......................................................... 71 Tabel 4.2 Hasil Pemeriksaan Berat Jenis Kayu .........................................................72 Tabel 4.3 Hasil Pemeriksaan Kuat Tekan Sejajar Serat Kayu ................................. 73 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat Kayu ........................................74 Tabel 4.5 Hasil Pemeriksaan Elastisitas Kayu ......................................................... 76 Tabel 4.5.1 Perhitungan Tegangan – Regangan Untuk Kayu Sampel 1 ................... 77 Tabel 4.5.2 Perhitungan Tegangan – Regangan Untuk Kayu Sampel 2 ................... 79 Tabel 4.5.3 Hasil Regresi Kedua Sampel ................................................................. 81 Tabel 4.6 Hasil Pemeriksaan Kuat Geser Sejajar Serat Kayu .................................. 82 Tabel 4.7 Rangkuman Hasil Penelitian Mechanical Properties (SNI 2002) ............ 83 Tabel 4.8 Rangkuman Hasil Penelitian Mechanical Properties (PKKI 1961) ......... 83 Tabel 4.9 Hasil Pengujian Tekuk Kolom Komposit Kayu Panggoh – Beton .......... 86 Tabel 4.10 Perbandingan Hasil Penelitian Dengan Hasil Analisis .......................... 91


DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Berbagai Kondisi Ujung Kolom ............................................................ 5 Gambar 1.2 Alat Uji Tekuk Modifikasi ................................................................... 8 Gambar 1.3 Potongan I – I ........................................................................................ 8 Gambar 2.1 Batang Kayu Menerima Gaya Tarik P ................................................ 15 Gambar 2.2 Batang Kayu Menerima Gaya Tekan Sejajar Serat ............................. 16 Gambar 2.3 Batang Kayu Menerima Gaya Tekan Tegak Lurus Serat .................... 16 Gambar 2.4 Batang Kayu yang Menerima Gaya Geser Tegak Lurus Sejajar Serat .17 Gambar 2.5 Batang Kayu yang Menerima Beban Lengkung ................................. 17 Gambar 2.6 Kayu Panggoh .................................................................................... 26 Gambar 2.7 Jenis Kolom Berdasarkan Bentuk dan Susunan Tulangan .................. 37 Gambar 2.8 Jenis Kolom Berdasarkan Posisi Beban Pada Penampang ................. 37 Gambar 2.9 Berbagai Kondisi Ujung Kolom .......................................................... 40 Gambar 2.10.a Kesetimbangan Stabil ..................................................................... 41 Gambar 2.10.b Kesetimbangan Netral .................................................................... 41 Gambar 2.10.c Kesetimbangan Tidak Stabil ........................................................... 42 Gambar 2.11 Kolom Euler ...................................................................................... 44 Gambar 2.12 Kurva Faktor Tekuk .......................................................................... 50 Gambar 3.1 Sampel Pemeriksaan Kadar Air ........................................................... 54 Gambar 3.2 Sampel Pemeriksaan Berat Jenis ......................................................... 55 Gambar 3.3 Sampel Kuat Tekan Sejajar Serat ............................................................. 56 Gambar 3.4 Sampel Kuat Tarik Sejajar Serat .............................................................. 57 Gambar 3.5 Sampel Pengujian Kuat Lentur ............................................................ 58 Gambar 3.6 Penempatan Dial dan Beban Pada Sampel ...........................................59 Gambar 3.7 Sampel Pengujian Kuat Geser ............................................................. 60


Gambar 3.8 Alat Bantu Penjepit Pengujian Kuat Geser ..........................................61 Gambar 3.9 Model Pengujian Benda Uji Silinder Beton ........................................ 64 Gambar 3.10 Rangka Dudukan Benda Uji .............................................................. 65


DAFTAR GRAFIK Grafik 2.1 Hubungan Beban Tekan Dengan Deformasi Untuk Tarikan dan Tekanan ..............................................................................................................19 Grafik 2.2 Diagram Tegangan – Regangan Batang Tulangan Baja Terhadap Kuat Tekan Beton ....................................................................................... 29 Grafik 2.3 Grafik Kolom Euler .................................................................................45 Grafik 2.4 Jangkauan Kekuatan Kolom yang Umum Terhadap Angka Kelangsingan ................................................................................................................47 Grafik 4.1

Hubungan Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Elastisitas Kayu Sampel 1................................................................................................ 78

Grafik 4.2 Regresi Linear Tegangan – Regangan Kayu Sampel 1 ........................ 78 Grafik 4.3 Hubungan Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Elastisitas Kayu Sampel 2 ............................................................................................................ 80 Grafik 4.4 Regresi Linear Tegangan – Regangan Kayu Sampel 2 ........................ 80 Grafik 4.5 Hubungan Beban – Deformasi Hasil Pengujian Tekuk Kolom Komposit Kayu Panggoh – Beton ........................................................................ 88 Grafik 4.6 Hasil Penelitian Tekuk Kolom Komposit Kayu Panggoh – Beton ...... 92


DAFTAR RUMUS Rumus 2.1 Rumus Tegangan ................................................................................... 21 Rumus 2.2 Rumus Regangan ................................................................................... 21 Rumus 2.3 Rumus Berat Jenis m % ......................................................................... 24 Rumus 2.4 Rumus Berat Jenis Dasar ....................................................................... 24 Rumus 2.5 Rumus Berat Jenis Pada Kadar Air 15% ............................................... 24 Rumus 2.6 Rumus Elastisitas Lentur ...................................................................... 24 Rumus 2.7 Rumus Modulus Elastisitas Beton .......................................................... 30 Rumus 2.8 Rumus Modulus Elastisitas Beton ..........................................................30 Rumus 2.9 Rumus Teori Euler ................................................................................. 44 Rumus 2.10 Rumus Teori Euler ................................................................................44 Rumus 2.11 Rumus Teori Euler ............................................................................... 44 Rumus 2.12 Rumus Teori Euler................................................................................ 44 Rumus 2.13 Rumus Teori Euler................................................................................ 44 Rumus 2.14 Rumus Teori Euler................................................................................ 44 Rumus 2.15 Rumus Teori Euler ............................................................................... 45 Rumus 2.16 Rumus Teori Euler ............................................................................... 45 Rumus 2.17 Rumus Batas Berlakunya Persamaan Euler .......................................... 46 Rumus 3.1 Rumus Kadar Air .................................................................................... 55 Rumus 3.2 Rumus Berat Jenis .................................................................................. 56 Rumus 3.3 Rumus Kerapatan Kayu .......................................................................... 56 Rumus 3.4 Rumus Kuat Tekan Kayu........................................................................ 57 Rumus 3.5 Rumus Kuat Tarik Kayu ......................................................................... 58 Rumus 3.6 Rumus Penurunan Ijin ............................................................................ 59


Rumus 3.7 Rumus Tegangan Lentur Kayu ............................................................... 59 Rumus 3.8 Rumus Penurunan ................................................................................... 60 Rumus 3.9 Rumus Penurunan ................................................................................... 60 Rumus 3.10 Rumus Kuat Geser Kayu ...................................................................... 61 Rumus 3.11 Rumus Standar Deviasi......................................................................... 64 Rumus 3.12 Rumus Kuat Tekan Beton Karakteristik ............................................... 64


DAFTAR NOTASI f’c

: kekuatan tekan (kg/cm2)

P

: beban tekan (kg)

Pcr

: beban kritis (kg)

E

: elastisitas (kg/cm2)

I

: Inersia tampang (cm4)

Lk

: panjang efektif (cm)

π

: phi = 3,14

A

: luas permukaan benda uji (cm2)

SD

: deviasi standar (kg/cm2)

N

: jumlah total benda uji hasil pemeriksaan / jumlah data

σcr

: Tegangan kritis (kg/cm2)

λ

: angka kelangsingan

Ec

: modulus elastic beton (MPa)

Wc

: berat isi beton (kg/m³), dimana nilai 𝑤𝑐 berkisar 1500 kg/m³ - 2500 kg/m³

f

: penurunan (cm)

ε

: Regangan yang terjadi (cm)

σ’b

: kekuatan masing-masing benda uji (kg/cm2)

σ’bm : kekuatan beton rata-rata (kg/cm2) δ, ∆

: lendutan (mm)

σgs

: tegangan geser yang terjadi (kg/cm2)

σds

: tegangan desak yang terjadi (kg/cm2)

M

: momen (kgcm)

D

: gaya lintang (kg)


N

: gaya normal (kg)

ρ

: kerapatan kayu (kg/m3)

ω

: faktor tekuk

σb

: tegangan lentur yang terjadi (kg/cm2)

σtk//

: tegangan tekan sejajar serat (kg/cm2)

Fb

: kuat lentur

Ft//

: kuat tarik sejajar serat

Fc//

: kuat tekan sejajar serat

Fv

: kuat geser

Icomp : inersia composite (cm4) Ecomp : Elastisitas composite (kg/cm2) rcomp

: jari – jari girasi composite (cm)


ANALISA DAN EKSPERIMENTAL PERILAKU TEKUK KOLOM KOMPOSIT KAYU PANGGOH BETON ( Eksperimental) TUGAS AKHIR

Recommend Documents