ANALISA DAN EKSPERIMENTAL PERILAKU TEKUK KOLOM TUNGGAL KAYU PANGGOH Putri Nurul Hardhanti1, Sanci Barus2 1
2
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan Email:
[email protected]
Staff Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan Email :
[email protected] ABSTRAK
Perencanaan sebuah kolom harus dilakukan dengan benar untuk menghindari terjadinya tekuk pada struktur kolom. Material kolom yang digunakan pada penelitian ini adalah material kayu panggoh. Kayu panggoh merupakan nama lain dari sisi luar pohon aren di wilayah Sumatera Utara, daerah tanah karo. Kayu ini memiliki sifat yang keras serta kuat tekan, kuat tarik, dan elastisitas yang besar. Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan gambaran kekuatan tekuk kayu panggoh dan membandingkan hasil analisis tekuk dengan hasil eksperimental. Benda uji yang digunakan pada penelitian ini, yaitu kolom persegi panjang berukuran (5 x 6) cm dan kolom persegi berukuran (6 x 6) cm dengan panjang kedua benda uji 200 cm. Dari hasil penelitian dan eksperimental maka didapat nilai beban Pelastis, Pkritis, dan Pultimate. Kata kunci: kayu panggoh, tekuk, kolom ABSTRACT Planning a column must be done properly to avoid buckling in the column structure. Column material used in this study was panggoh wood materials. Panggoh wood is another name for the outside of the sugar palm tree in Tanah Karo, North Sumatera. This wood has a harsh nature and compressive strength, tensile strength, and high elasticity. This test aims to get a picture of panggoh wood buckling strength and compare results of analysis and experimental. Sampel used in this study, namely rectangular column (5 cm x 6 cm) and square column (6 cm x 6 cm) with length 200 cm. From the experimental and analysis results obtained load value of Pelastis, Pcritis and Pultimate.
Keywords : panggoh wood, buckling, column
PENDAHULUAN Kolom merupakan batang tekan vertikal dari rangka struktur yang memikul beban dari balok (Nawy, 1990).Untuk menjaga agar kolom mampu menahan gaya tekan maka diperlukan perencanaan dan pemilihan material yang pas. Kayu yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu yang berasal dari tanaman aren (Arenga pinnata). Aren merupakan jenis tanaman serbaguna, hampir semua dari bagian tanaman ini dapat dipergunakan. Batang aren belum banyak dikenal masyarakat sebagai bahan baku konstruksi untuk menggantikan peranan kayu solid dalam industri perkayuan. Tekuk dapat terjadi pada kolom yang terbuat dari material kayu maupun batang- batang langsing. Analisis tekuk pada kolom diperlukan untuk menentukan beban kritis kolom, dimana beban ini mengakibatkan struktur menjadi tidak stabil dan tidak dapat mempertahankan bentuk aslinya. Pada penelitian ini dilakukan pengujian tekuk kolom tunggal dengan dua sampel benda uji yang berukuran (5x6) cm dan (6x6) cm dengan panjang 200 cm. Tujuan penelitian ini adalah memperoleh gambaran kekuatan tekuk kayu panggoh dan membandingkan hasil analisa dengan hasil penelitian. 1.
TINJAUAN PUSTAKA Kayu Panggoh
Kayu panggoh merupakan jenis material kayu yang masih jarang digunakan oleh masyarakat sebagai salah satu bahan baku konstruksi. Kayu panggoh merupakan nama lain yang berasal dari daerah Karo, Sumatera Utara. Kayu panggoh berada pada bagian luar pohon Aren (Arenga Pinata) yang berwarna coklat gelap kehitaman. Ukuran dari kayu panggoh sendiri tidak begitu tebal bekisar hanya 5 - 7 cm. Didaerah tanah Karo kayu ini dipakai untuk kandang peliharaan ternak, karena sifatnya yang keras sehingga tahan terhadap gigitan hewan ternak. Oleh sebab itu, diperlukan adanya penelitian berlanjut mengenai kekuatan tekan dari batang aren tersebut. Tekuk Tekuk (Buckling) merupakan suatu proses dimana suatu struktur tidak mampu lagi mempertahankan bentuk aslinya. Buckling adalah fenomena instabilitas yang terjadi pada batang langsing, pelat dan cangkang yang tipis. Banyak faktor yang mempengaruhi beban tekuk (beban ini disebut Pcr) antara lain panjang kolom, perletakan kedua ujung kolom, ukuran dan bentuk penampang kolom.
P
P
Gambar 1. Perubahan bentuk kolom yang dibebani Kolom cenderung menekuk ke arah sumbu terlemah. Akan tetapi, elemen tersebut dapat juga mempunyai kekakuan cukup pada sumbu lainnya untuk menahan tekuk. Dengan demikian, kapasitas pikul beban elemen tekan bergantung juga pada bentuk dan ukuran penampang. Ukuran penampang ini pada umumnya dapat dinyatakan dengan momen inersi (I). Beban kritis Euler untuk kolom yang berujung sendi dikedua ujungnya dimana L adalah panjang tekuk yang dinotasikan dengan Lk adalah: (1) Kekakuan kolom Euler dapat digambarkan secara grafik seperti pada gambar:
Gambar 2. Grafik kolom euler
Dari grafik dapat dilihat bahwa sampai beban Euler dicapai, kolom harus tetap lurus.
Untuk menghitung tegangan tekuk pada kolom dapat dihitung dengan persamaan: (2)
dengan : Pcr
= beban tekuk kritis (kg)
E
= elastisitas (kg/cm2)
I
= Inersia (cm4)
Lk
= panjang kolom (cm)
λ
= angka kelangsingan
2.
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini melakukan beberapa pengujian dengan dua tahapan yaitu pengujian sampel kayu dan pengujian tekuk kolom kayu. Bahan-bahan tersebut akan diteliti sifat-sifat fisis dan mekanisnya sehingga diperoleh karakteristik yang diperlukan untuk pengujian tekuk kolom kayu. Pengujian Mechanical Properties a. Pengujian kadar air Pemeriksaan kadar air dari kayu dilakukan sedemikian rupa sehingga sifat dari benda uji itu mendekati sifat rata-rata dari kayu yang akan diperiksa. Dalam hal ini benda uji yang digunakan adalah kayu dengan ukuran 3 cm x 6 cm x 6 cm sebanyak 5 sampel. b. Pengujian berat jenis Pengujian berat jenis dilakukan untuk mendapatkan berat jenis yang dikandung dalam benda uji. Dalam hal ini sampel benda uji yang digunakan berukuran 3 cm x 6 cm x 6 cm sebanyak 5 sampel c. Pengujian kuat tekan sejajar serat Pengujian kuat tekan dilakukan untuk mendapatkan nilai kuat tekan yang mampu diterima oleh kayu tersebut sampai batas keruntuhan. Pengujian kuat tekan dilakukan dengan menggunakan mesin tekan Universal Test Machine. Ukuran sampel benda uji yang digunakan berukuran 2 cm x 2 cm x 6 cm cm yang telah kering udara (kadar air ± 15 %) sebanyak 5 sampel dan pengujian kuat tekan kayu yang akan diuji adalah kuat tekan dengan arah sejajar serat.
d. Pengujian kuat tarik sejajar serat Pengujian kuat tarik dilakukan dengan menggunakan mesin tarik, Universal Testing Machine untuk mendapatkan nilai kuat tarik yang mampu diterima oleh kayu tersebut sampai patah. Pengujian kuat tarik yang akan diuji adalah pengujian kuat tarik kayu sejajar serat dengan lebar 1,2 cm dan tebal 0,8 cm. Pengujian dilakukan pada sampel kering udara (kadar air ± 15 %) sebanyak 3 sampel.
Gambar 3. Sampel kuat tarik sejajar serat e. Pengujian elastisitas Pada pengujian ini akan dikerjakan gaya transversal statis pada sampel kayu untuk mendapatkan tegangan lentur kayu yang terjadi pada saat penurunan yang diizinkan tercapai. Sampel kayu berukuran 30 x 2 x 2 cm3 dengan arah serat sejajar dengan arah memanjang sampel.
2 cm
2cm 30 cm
Gambar 4. Sampel pengujian kuat lentur Sampel diletakkan pada dua perletakan dan diberi gaya P terpusat pada tengah bentang yang secara bertahap ditambah besarnya. Pada tengah bentang ada sampel dipasang alat pengukur penurunan yang terjadi. Alat ini berupa dial yang berhubungan dengan jarum pengukur penurunan yang dapat menunjukkan pergerakan yang terjadi sampai dengan ketelitian 0,01 mm.
Gambar 5. Penempatan dial dan beban pada sampel
f. Pengujian geser Pengujian kuat geser kayu dilakukan untuk memperoleh nilai kuat geser kayu sejajar serat. Berdasarkan SNI 03-3400-1994 sampel benda uji yang dipakai dalam pengujian ini harus bebas dari cacat dan jumlah benda uji yang dipakai sebanyak 5 sampel dan pengujian dilakukan pada sampel kering udara (kadar air ± 20 %). Ukuran dan bentuk sampel benda uji terlihat pada Gambar 6. 3 cm
2 cm
1,3 cm
5 cm
6,3 cm
5 cm
5 cm
Gambar 6. Sampel kuat geser kayu Alat Uji Tekuk Modifikasi Alat ini dirancang dengan sedemikian rupa berdasarkan rumus perhitungan alat uji tekuk modifikasi dan memiliki perletakan sendi-sendi. Alat uji yang digunakan terbuat dari profil baja H 250x250x9x14 dengan panjang 290 cm dan dirancang untuk penggunaan secara horizontal tidak seperti alat uji tekuk pada umumnya yang dirancang vertikal demi keamanan pengujian, karena sampel yang akan diuji memiliki panjang 200 cm. Alat uji tekuk modifikasi ini terdiri dari dudukan benda uji sebagai tempat benda uji dan alat pemberi beban yaitu hydraulic jack serta dial gauge yang akan diletakkan di tengah benda uji untuk membaca lendutan yang terjadi. Sampel benda uji
Alat uji tekuk modifikasi
Jack
Dial gauge
Gambar 7. Pemodelan alat uji tekuk modifikasi
Pengujian benda uji dilakukan satu demi satu. Dalam proses pengujian benda uji tersebut dilakukan beberapa langkah penelitian, antara lain:
1. 2.
3. 4. 5.
6.
3.
Persiapan alat alat uji tekuk modifikasi Benda uji diletakkan diatas alat uji tekuk modifiaksi dengan posisi lurus dan diletakkan pelat tambahan pada ujung-ujung benda uji yang pada bagian tengah pelat dilas dengan profil siku, agar benda uji tidak bergeser. Hydraulic jack diletakkan pada salah satu ujung benda uji kolom Pada bagian tengah bentang benda uji diletakkan dua buah dial gauge di bagian sisi kanan dan kiri. Setelah semua peralatan pengujian terpasang sesuai dengan yang diinginkan, dilakukan pengujian dengan memberikan beban secara bertahap melalui hydarulic jack kepada benda uji. Setiap pembebanan 250 kg dicatat besarnya lendutan yang terjadi. Pembebanan dilakukan terus sampai kolom mengalami patah dan tidak mampu menahan tekanan lagi.
HASIL DAN PEMBAHASAN Mechanical Properties
Dari hasil penelitian physical dan mechanical properties yang telah dibahas diatas, maka dapat ditabulasikan pada tabel 1. Tabel 1. Rangkuman Penelitian Mechanical Properties Jenis Penelitian
Hasil Penelitian
Kadar Air
4,607 %
Berat Jenis
0,86
Kuat Tekan Sejajar Serat
794,748 kg/cm2
Kuat Tarik Sejajar Serat
1664,05 kg/cm2
Elastisitas Lentur Kayu
132900 kg/cm2
Tegangan Lentur Kayu
1366,95 kg/cm2
Kuat Geser Sejajar Serat
138,67 kg/cm2
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa menurut ketentuan kuat acuan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 2002), maka kayu yang digunakan dengan modulus elastisitas 132900 kg/cm2 termasuk kayu dengan kode mutu E14 = 13000 MPa. Untuk kuat acuan kayu berdasarkan tegangan-tegangan izin atau tegangan ultimate dibagi safety factor sebesar 2,25.
Pengujian Tekuk a. Pengujian Tekuk Kolom Persegi Panjang (5 x 6) cm Dari hasil pengujian diperoleh data-data beban (P) dan deformasi (δ) yang ditampilkan dalam tabel dibawah ini. Tabel 2. Hasil pengujian tekuk kolom kayu panggoh persegi panjang (5 x 6) cm Pembacaan Dial (x0,01mm) 1 0 0 2 250 15 3 500 32 4 750 54 5 1000 81 6 1250 120 7 1500 150 8 1750 230 9 2000 290 10 2250 340 11 2500 390 12 2750 430 13 3000 490 14 3250 540 15 3500 610 Dari tabel diatas diperoleh grafik hubungan pembebanan dengan deformasi No
4000
Beban (Kg)
(610; 3500)
3500 3000 2500 2000 1500 1000 BEBAN ( Kg )
500 0
(540; 3250) (490; 3000) (430; 2750) (390; 2500) (340; 2250) (290; 2000) (230; 1750) (150; 1500) (120; 1250) (81; 1000) (54; 750) (32; 500) (15; 250) (0; 0) 0 100 200 300 400 500 600 700 DEFORMASI ( x 0,01 mm )
Gambar 8. Grafik hubungan pembebanan dengan deformasi kayu persegi panjang
Dari gambar grafik diperoleh nilai Pultimate = 3500 kg, nilai Pcr = 2750 kg, dan nilai Pelastis = 2000 kg.
b. Pengujian Tekuk Kolom Persegi (6 x 6) cm Dari hasil pengujian diperoleh data-data beban (P) dan deformasi (δ) yang ditampilkan dalam tabel dibawah ini. Tabel 3. Hasil pengujian tekuk kolom kayu panggoh persegi (6 x 6) cm No
Beban (Kg)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250 5500 5750 6000
Pembacaan dial (x 0,01 mm) 0 15 25 30 40 55 70 80 95 110 120 140 160 190 210 230 280 310 350 370 430 490 530 570 645
Dari tabel diatas diperoleh grafik hubungan pembebanan dengan deformasi 4000
(610; 3500)
3500
BEBAN ( Kg )
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
(540; 3250) (490; 3000) (430; 2750) (390; 2500) (340; 2250) (290; 2000) (230; 1750) (150; 1500) (120; 1250) (81; 1000) (54; 750) (32; 500) (15; 250) (0; 0) 0 100 200 300 400 500 600 700 DEFORMASI ( x 0,01 mm )
Gambar 9. Grafik hubungan pembebanan dengan deformasi kayu persegi panjang Dari gambar grafik diperoleh nilai Pultimate = 6000 kg, nilai Pcr = 4500 kg, dan nilai Pelastis = 3500 kg.
Perbandingan Hasil Pengujian dengan Analisa Teori Euler a.
Karakteristik Benda Uji Kolom Persegi Panjang (5 x 6) cm
Diketahui dimensi kayu:
Panjang = L= Lk = 200 cm Inersia kayu:
Kelangsingan kolom:
Tegangan:
Pkritis (Pcr) kolom:
Pelastis kolom:
σ = 353,221 kg/cm2 (berdasarkan perhitungan kuat tekan sejajar serat PKKI 1961) Nilai w adalah nilai faktor tekuk berdasarkan angka kelangsingan, yang di dapat dengan cara interpolasi. Dimana w = 6,356 untuk λ = 138,6
σ = 794,748 kg/cm2 (berdasarkan perhitungan kuat tekan sejajar serat PKKI 2002) Pultimate kolom:
b. Karakteristik Benda Uji Kolom Persegi (6 x 6) cm Diketahui ukuran kayu:
Panjang = L= Lk = 200 cm Inersia kayu:
Kelangsingan kolom:
Tegangan:
Pkritis (Pcr) kolom:
Pelastis kolom:
σ = 353,221 kg/cm2 (berdasarkan perhitungan kuat tekan sejajar serat PKKI 1961) Nilai w adalah nilai faktor tekuk berdasarkan angka kelangsingan, yang di dapat dengan cara interpolasi. Dimana w = 4,168 untuk λ = 115,473
σ = 794,748 kg/cm2 (berdasarkan perhitungan kuat tekan sejajar serat PKKI 2002) Pultimate kolom:
Hasil perbandingan antara nilai analitis dengan penelitian dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4. Perbandingan nilai hasil penelitian dengan analitis Penelitian Kolom Persegi panjang
Kolom Persegi
Analitis Kolom Persegi panjang
Kolom Persegi
Pelastis
2000 kg
3500 kg
1667,185 kg
3050,853 kg
Pcr
2750 kg
4500 kg
2049,485 kg
3541,510 kg
Pultimate
3500 kg
6000 kg
3751,17 kg
6884,42 kg
4.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Dari hasil analisa dan penelitian yang penulis laksanakan didapat hasil penelitian sebagai berikut: 1.
2.
3.
4.
Berdasarkan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (PKKI 2002) kayu tersebut merupakan kayu dengan kode mutu E14 = 13000 Mpa dengan nilai modulus elastisitas 132900 kg/cm2. Dari hasil penelitian benda uji kolom persegi panjang (5 x 6) cm kayu panggoh didapat hasil sebagai berikut: Pcr = 2750 kg, Pelastis = 2000 kg, dan Pultimate = 3751,17 kg. Berdasarkan hasil analitis didapat hasil Pcr = 2049,485 kg, Pelastis = 1667,185 kg, Pultimate = 3751,17 kg. Dari hasil penelitian benda uji kolom persegi (6x6) cm kayu panggoh didapat hasil sebagai berikut: Pcr = 4500 kg, Pelastis = 3500 kg, Pultimate = 6000 kg. Berdasarkan hasil analitis didapat hasil Pcr = 3541,510 kg, Pelastis = 3050,853 kg, Pultimate = 6884,42 kg. Besarnya nilai perbandingan beban untuk sampel persegi panjang antara hasil analitis dengan hasil penelitian yaitu Pelastis 83,359%; Pcr 74,52%; Pultimate 93,304%, sedangkan untuk sampel kayu persegi yaitu Pelastis 98,33%; Pcr 78,700%; Pultimate 87,153%. Saran
1. 2.
3.
Perlunya perbaikan perbaikan dial hydraulic jack, agar pemberian beban yang dilakukan pas dan akurat Perlu diadakan penelitian kembali kolom kayu panggoh dengan penambahan jumlah sampel pengujian untuk mendapatkan hasil nilai akurasi yang tinggi Perlu diadakan penelitian kembali kolom kayu panggoh dengan penambahan kondisi perletakan pada kolom kayu panggoh, seperti
4.
jepit-jepit, sendi-jepit, dan lain-lain agar didapat beban kritis yang lebih akurat. Pada saat melakukan pengujian di Laboratorium sampel uji harus bebas dari getaran karena memiliki dampak terhadap pembacaan dial
DAFTAR PUSTAKA Anonim. 1994. SK SNI 03-3400-1994: Metode Pengujian Kuat Geser Kayu di Laboratorium. Jakarta: Badan Penelitian dan Pengembangan. Anonim. 2002. Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia (PPKI NI-5).Jakarta: Badan Standar Nasional. Awaludin, A, & Irawati, I. N. 2005. Konstruksi Kayu. Yogyakarta: KMTS Jurusan Teknik Sipil FT UGM. Schodek, Daniel L. 1998. Struktur. Bandung : PT. Refika Aditama. Surbakti, Besman. 2009. Catatan Kuliah: Pengantar Mata Kuliah Struktur Kayu. Medan: Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU. Sumarni, S. 2007. Struktur Kayu. Surakarta: Lembaga Pengambangan Pendidikan (LPP) UNS dan UPT Penerbitan dan Pencetakan UNS (UNS Press). Yap, K.H Felix. 1965. Konstruksi Kayu. Jakarta: Binacipta.
