ANALISA DAN EKSPERIMENTAL TEKUK KOLOM GANDA KONSTRUKSI KAYU PANGGOH DENGAN KLOS DAN SAMBUNGAN BAUT (EKSPERIMENTAL) William Arthur Yehezki Bangun1, Ir. Besman Surbakti, MT.2 1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jln. PerpustakaanNo.2 Kampus USU Medan e-mail:
[email protected] 2 Staf Pengajar DepartemenTeknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jln. Perpustakaan No.2 Kampus USU Medan ABSTRAK Penelitian ini mengenai kolom ganda konstruksi kayu panggoh dengan klos dan sambungan baut. Kayu panggoh merupakan nama lain untuk teras kayu dari pohon aren (Arenga pinnata) di wilayah Sumatera Utara, khususnya pada Kabupaten Karo. Dalam pengujian ini kayu panggoh ganda dari aren dengan klos yang disambung dengan baut diberi perletakan sendi-sendi dan diberikan pembebanan secara aksial pada kedua ujungnya. Perencanaan kolom ganda dengan klos yang disambung dengan baut direncanakan dengan metode kuat elastis, kuat kritis, dan kuat batas (ultimate strength design). Ukuran penampang kayu utama yang digunakan yaitu 2 x (3 cm x 6 cm), untuk penampang klos berukuran 3 cm x 6 cm, dan menggunakan baut ½ inci sebagai penyambungnya. Kolom ganda dibuat 1 sampel yang dirancang dengan metode ultimate dengan panjang bentang 2 m. Hasil pengujian pada laboratorium diperoleh beban runtuh 12.000 ton dengan σ = 333,333 kg/cm 2 dan secara teoritis beban runtuh menurut SNI 2002 adalah 6.864,9202 ton dengan σ = 794,748 kg/cm 2. Beban elastis yang diperoleh dalam pengujian adalah 8.000 ton dengan σ = 222,222 kg/cm2 dan secara teoritis beban elastis menurut PKKI 1961 adalah 4.893,199 ton dengan σ = 353,221 kg/cm2. Beban kritis yang diperoleh dalam pengujian adalah 10.000 ton dengan σ = 277,778 kg/cm 2 dan secara teoritis beban elastis menurut PKKI 1961 adalah 5.533,6096 ton dengan σ = 153,7165 kg/cm 2. Nilai perbandingan hasil penelitian dan teoritisnya sebesar 1,7480. Dari hasil pengamatan tidak terjadi keretakan pada sambungannya, hal ini menunjukkan pada titik penyambung cukup kuat dalam menahan beban aksial yang diberikan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan gambaran perbandingan kuat tekuk kolom ganda kayu panggoh dengan klos dan sambungan baut. Dari hasil penelitian ini diharapkan kolom ganda kayu panggoh dengan klos dan sambungan baut dapat digunakan sebagai bahan alternatif konstruksi bangunan sederhana, terutama pada konstruksi rumah yang intensitas gempanya sedang maupun tinggi. Harga pembuatan yang relatif murah dan jumlah sumber dayanya yang cukup banyak merupakan faktor lain yang dapat diperhitungkan untuk konstruksi alternatif ini. Kata kunci:
tekuk kolom ganda kayu panggoh, klos, sambungan baut, beban elastis, beban kritis, dan beban ultimate. ABSTRACT
This study of the double column panggoh wood construction with klos and bolt connection. Wood panggoh is another name for the wooden porch of palm trees (Arenga pinnata) in North Sumatra, especially in Karo. In this test of palm wood double panggoh with klos which are connected with bolts given the placement of the joints and axial loading given on both ends. Planning double columns with klos which are connected with bolts planned with powerful methods elastic, critical limit, and strong limit (ultimate strength design). Cross-sectional size of the main wood used is 2 x (3 cm x 6 cm), for klos cross section measuring 3 cm x 6 cm, and as a connector using a ½ inch bolt. Double column made 1 sample was designed with the ultimate method with span length of 2 m. The test results obtained in the laboratory collapse load of 12,000 tons with σ = 333.333 kg/cm2 and theoretical collapse load according to ISO 2002 is 6864.9202 tons with σ = 794.748 kg/cm2. Elastic load obtained in the tests was 8,000 tons with σ = 222.222 kg/cm2 and theoretically the elastic load by PKKI 1961 is 4893.199 tons with σ = 353.221 kg/cm2. Critical load obtained in the tests is 10,000 tons with σ = 277.778 kg/cm2 and theoretically load is elastic according PKKI 1961 tons with σ = 5533.6096 153.7165 kg/cm2. Value of research results and theoretical comparison of 1.7480. From the observations are not occurring cracks in the joints, it indicates the connector point is strong enough to withstand the axial load is given. The purpose of this research is to obtain a comparative picture strong double column buckling wood panggoh with klos and bolt connection. From the results of this study are expected to double column with klos panggoh wood and bolt connection can be used as a simple alternative to building construction, especially in house construction is the intensity of the earthquake was moderate or high. Manufacture of relatively inexpensive price and the amount of its resources which pretty much is another factor that can be taken into account for the construction of this alternative. Keywords: wooden double column buckling panggoh, klos, bolt connection, elastic load, critical load, and ultimate load
1
1. PENDAHULUAN Latar Belakang Sebelum adanya bahan konstruksi dari beton, baja, dan kaca, bahan konstruksi yang umum digunakan dalam kehidupan manusia adalah kayu. Selain untuk bahan konstruksi, material ini dipakai sebagai peralatan maupun perabotan karena memiliki nilai estetika yang tinggi. Sampai saat ini keperluan akan kayu masih dibutuhkan oleh masyarakat luas karena salah satu sifat kayu merupakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui (renewable resource) berbeda dengan bahan konstruksi lainnya seperti beton, baja, dan kaca yang asalnya dari sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui (unrenewable resource). Selain dari sifat asal dan estetikanya, kayu memiliki sifat keistimewaan tersendiri seperti dapat menyerap CO2 dan melepaskan O2, mempunyai ketahanan terhadap pembebanan yang tegak lurus maupun sejajar dengan seratnya, awet apabila dirawat, dan elastis sehingga mudah dibentuk. Sifat seperti ini yang membuat keistimewaan dari material kayu dan tidak dimiliki oleh bahan konstruksi lain. Panggoh (teras kayu) dari pohon aren merupakan nama lain yang digunakan untuk wilayah Sumatera Utara, khususnya pada Kabupaten Karo. Masyarakat Karo menggunakan kayu panggoh untuk membuat rumah dan kebutuhan peralatan lainnya. Material ini digunakan karena dapat menahan beban besar mengingat untuk rumah zaman dahulu masyarakat Karo dalam satu rumah ditinggali oleh delapan kepala keluarga atau disebut dengan rumah Siwaluh Jabu. Tiang (kolom) kayu merupakan komponen struktur yang bertugas menahan beban akibat tekanan aksial dan mempunyai peran penting dalam struktur bangunan. Kegagalan kolom akan mengakibatkan runtuhnya komponen struktur lain yang berhubungan dengannya, sama halnya dengan kerangka manusia. Hal ini disebabkan oleh panjang, lebar, bentuk, dan tinggi suatu komponen struktur yang mempengaruhi tekukan yang akan terjadi, dan tekuk yang terjadi dapat diatasi dengan beberapa cara seperti menggabungkan kayu dengan klos dan dihubungkan dengan baut. Dalam analisa perencanaan konstruksi, suatu batang dapat memikul tarik, tekan, momen ataupun kombinasinya. Pada suatu konstruksi akibat penekanan pada suatu batang yang mengalami gaya tekan aksial. Tekuk kolom umumnya hanya mengalami kombinasi momen dengan tekan. Tekuk (buckling) dapat terjadi sebelum atau sesudah tegangan idiil tercapai, maka dalam percobaan ini penulis ingin melihat sejauh mana perhitungan kekutan kayu panggoh ganda dari aren dengan klos yang disambung dengan baut dan menguji tekuknya dengan alat pengujian tekuk modifikasi di laboratorium struktur. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan gambaran tentang uji tekuk kolom ganda konstruksi kayu panggoh dengan klos dan sambungan baut dari hasil pengujian eksperimen serta membandingkannya dengan hasil analitis sehingga diperoleh juga hubungan antara deformasi dan gaya dari hasil pengujian Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai bahan pertimbangan dalam penggunaan kayu panggoh sebagai bahan bangunan alternatif untuk daerah yang rawan gempa. 2. TINJAUAN PUSTAKA Kayu Panggoh Kayu panggoh merupakan nama lain untuk kulit luar pohon aren (Arenga pinnata) di wilayah Sumatera Utara, khususnya pada Kabupaten Karo. Kayu ini umumnya dipakai pada masyarakat disana untuk membuat rumah dan kebutuhan peralatan lainnya. Kayu panggoh aren sebagai salah satu hasil hutan yang pemanfaatan batangnya sebagai bahan konstruksi, merupakan salah satu alternatif yang dapat menggantikan peranan kayu solid sebagai bahan baku untuk keperluan bahan bangunan. Kayu aren diharapkan mampu menjadi solusi dalam memenuhi kebutuhan masyarakat sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut dalam pengembangannya. Berdasarkan hal tersebut perlu diadakan upaya untuk mengetahui sifat fisis (physical properties) dan mekanis (mechanical properties) dari kayu panggoh untuk menilai kemampuan penggunaan kayu sebagai kolom ganda suatu bangunan. Kolom Kolom didefinisikan sebagai komponen struktur bangunan yang tugas utamanya menyangga beban aksial tekan vertikal dengan bagian tinggi yang tidak ditopang paling tidak tiga kali dimensi lateral terkecil. Kegagalan suatu kolom mengakibatkan runtuhnya komponen struktur lain yang berhubungan dengannya. Hal ini disebabkan oleh panjang, lebar, bentuk, dan tinggi suatu komponen struktur yang mempengaruhi tekukan yang akan terjadi. Perilaku tekuk ini dipengaruhi oleh nilai kelangsingan kolom yaitu nilai banding
2
antara panjang efektif kolom dengan jari-jari girasi penampang kolom. Kolom yang ideal memiliki sifat elastis, lurus, dan sempurna jika diberi pembebanan secara konsentris. Kolom memiliki klasifikasi berdasarkan bentuk dan susunan tulangannya, posisi beban pada penampangnya, dan panjang kolom. Keruntuhan kolom terjadi disebabkan adanya kelelehan suatu material struktur kolom sehingga tidak dapat mempertahankan kembali bentuk awalnya. Ketidakstabilan suatu elemen struktur kolom dipengaruhi oleh aksi beban yaitu beban tekuk. Beban tekuk adalah beban yang dapat menyebabakan suatu kolom menekuk yang disebut juga dengan beban kritis (Pcr). Kekakuan elemen struktur juga berkaitan dengan banyaknya dan distribusi material yang ada dan sifat material. Ukuran distribusi ini pada umumnya dapat dinyatakan dengan momen inersia I yang menggabungkan banyak material yang ada dengan distribusinya. Sedangkan ukuran untuk sifat material adalah modulus elastisitas E. Semakin tinggi nilai E, semakin tinggi pula kekakuannya. Hal ini berarti semakin besar pula tahanan kolom yang terbuat dari material itu untuk mencegah tekuk. Faktor lain yang turut mempengaruhi besarnya beban tekuk adalah kondisi ujung elemen struktur. Suatu kolom dengan ujung-ujung bebas berotasi mempunyai kemampuan pikul-beban lebih kecil dibandingkan dengan kolom sama yang ujung-ujungnya dijepit. Adanya tahanan ujung menambah kekakuan sehingga juga meningkatkan kestabilannya dalam mencegah tekuk. Berikut ini adalah keterkaitan besarnya beban tekuk dengan berbagai kondisi ujung elemen struktur. Kolom Berspasi Kolom berspasi merupakan komponen struktur tekan dari suatu rangka batang, titik kumpul yang dikekang secara lateral pada ujung dari kolom berspasi, dan elemen pengisi pada titik kumpul tersebut dinamakan sebagai klos tumpuan (Anonim, 2000). Pada kolom berspasi terdapat dua sumbu utama yang melalui titik berat penampangnya, yaitu sumbu bebas bahan dan sumbu bahan. Sumbu bebas bahan adalah sumbu yang arahnya sejajar muka yang berspasi pada kolom (sumbu Y), sedangkan sumbu bahan adalah sumbu yang arahnya tegak lurus arah sumbu bebas bahan dan memotong kedua komponen kolom (sumbu X). Klos tumpuan pada kolom berspasi harus memiliki lebar dan panjang yang memadai serta ketebalan minimum yang sama dengan ketebalan kolom tunggal dan posisinya berada dekat ujung kolom. Klos tumpuan yang memiliki ukuran yang sama sedikitnya harus mempunyai satu klos lapangan yang letaknya di daerah tengah kolom, sehingga l3 = 0,50 l1. Adapun perbandingan panjang terhadap lebar maksimum ditentukan untuk bidang sumbu bahan, l1/d1 tidak boleh melampaui 80, bidang sumbu bahan, l3/d1 tidak boleh melampaui 40, bidang sumbu bebas bahan, l2/d2 tidak boleh melampaui 50. Dalam PKKI 1961 untuk batang ganda berspasi perhitungan momen lembam terhadap sumbu-sumbu bahan dapat dianggap sebagai batang tunggal dengan lebar yang sama dengan jumlah lebar masing-masing bagiannya. ix = 0,289 h Untuk menghitung momen lembam terhadap sumbu bebas dapat menggunakan perumusan sebagai berikut: Dimana: I = momen inersia yang diperhitungkan It = momen inersia teoritis Ig = momen inersia geser, dengan anggapan masing-masing bagian digeser hingga berimpitan satu sama lain Bahaya tekuk yang besar pada kolom dapat mengakibatkan terjadinya kehancuran pada struktur tersebut, oleh sebab itu dalam menghindarkan terjadinya tekuk pada kolom, gaya yang ditahan oleh batang harus digandakan dengan faktor tekuk ω sehingga perumusannya sebagai berikut:
Dimana: S = gaya tekan yang timbul pada batang (ton) σ = tegangan (kg/cm2) ω = faktor tekuk Dalam menghitung It harus diambil a = 2b, apabila jarak antara masing-masing bagian a > 2b. Masing-masing bagian yang membentuk batang ganda berspasi, harus memiliki momen lembam:
Dimana: S = gaya tekan yang timbul pada batang berganda (ton) ly = panjang tekuk terhadap sumbu bebas bahan (m)
3
n = jumlah batang bagian Masing-masing bagian pada ujung-ujung batang ganda berspasi dan sepertiga panjang batang dari setiap ujung batang tertekan harus diberikan perangkai yang disebut dengan klos. Perangkai tersebut disambungkan pada kayu ganda dan dihubungkan dengan menggunakan baut maupun dengan paku. Jika disambungkan dengan baut, maka lebar bagian b ≤ 18 cm dipakai 2 (dua) baut dan jika b > 18 cm dipakai 4 (empat) baut sedangkan untuk paku dapat disesuaikan jumlahnya sesuai dengan keperluan dan pemasangannya harus disesuaikan dengan peraturan. Alat sambung pada setiap bidang kontak antara klos tumpuan dan komponen struktur kolom di setiap ujung kolom harus memilki tahanan geser yang ditentukan dalam persamaan berikut. z’ = A1 KS Dimana: z' = tahanan geser terkoreksi klos tumpuan (N) A1 = luas komponen struktur tunggal (mm2) KS = konstanta klos tumpuan (MPa) Tabel 1. Konstanta klos tumpuan (Anonim, 2002) Berat Jenis (G) KS (MPa)* G ≥ 0,60 (l1/d1 – 11) x 143 tetapi ≤ 7 MPa 0,50 ≤ G ≤ 0,60 (l1/d1 – 11) x 121 tetapi ≤ 6 MPa 0,42 ≤ G ≤ 0,50 (l1/d1 – 11) x 100 tetapi ≤ 5 MPa G ≤ 0,42 (l1/d1 – 11) x 74 tetapi ≤ 4 MPa * Untuk l1/d1 ≤ 11, KS = 0 Alat Sambung Kayu Pada konstruksi kayu pada umumnya membutuhkan alat sambung yang berfungsi untuk memperpanjang batang kayu (overlapping connection) atau menggabungkan beberapa batang kayu pada satu buhul. Kegagalan suatu sambungan dapat berupa: pecah kayu diantara dua alat sambung, pembengkokan alat sambung, atau lendutan yang melampaui nilai toleransinya. Sambungan merupakan titik terlemah pada konstruksi kayu sehingga perlu mendapatkan perhatian. Hal ini disebabkan karena adanya deformasi atau penggeseran (penyesaran) pada titik-titik sambungannya. Dengan demikian konstruksi kayu yang perlu mendapatkan perhatian bukan adanya beban patah saja, tetapi adanya penyesaran juga perlu mendapatkan perhatian. Efektifitas suatu alat sambung dapat diukur berdasarkan kuat dukung yang diberikan oleh sambungan itu sendiri dibandingkan dengan kuat ultimit kayu yang di sambungnya. Sambungan Baut Alat sambung baut pada umumnya terbuat dari baja lunak (mild steel) dengan bentuk kepala heksagonal, kotak, kubah, atau datar (gambar 2.14.) yang berfungsi untuk mendukung beban tegak lurus sumbu panjangnya. Kekuatan sambungan kayu ditentukan oleh kuat tumpu kayu, tegangan lentur baut, dan angka kelangsingan (perbandingan nilai panjang baut pada kayu utama dengan diameter baut). Dalam pemasangan baut, lubang baut diberi kelonggoran 1 mm. Ketika angka kelangsingan baut rendah, baut menjadi sangat kaku dan distribusi tegangan tumpu kayu merata. Apabila semakin tinggi nilai kelangsingan baut, maka baut akan mengalami tekuk dan distribusi tegangan tumpu kayu tidak merata. Tegangan tumpu kayu maksimum terjadi pada bagian samping kayu utama. 3. Metode Penelitian Persiapan Pengujian Material yang digunakan adalah kayu panggoh dari pohon aren yang diperoleh dari pemotongan kayu bulat dan kondisi sagu terlebih dahulu dibuang sehingga didapatkan kulit luar kerasnya dan dibentuk menjadi balok persegi. Sebelum dilakukan penelitian dan percobaan lebih lanjut, kayu tersebut akan diteliti sifat fisis dan mekanisnya untuk diperoleh karakteristik yang diperlukan dalam menentukan dimensi dan panjang kayu yang akan diuji tekuknya. Pelaksanaan Pengujian Sebelum digunakan untuk penelitian, kayu diuji untuk mengetahui kelayakannya sebagai bahan bangunan. Percobaan ini dilakukan dengan pengujian Physical Properties dan Mechanical Properties. Pelaksanaan pengujian yang dilakukan antara lain: pemeriksaan kadar air, berat jenis, pengujian kuat lentur dan elastisitas, kuat tekan sejajar serat, kuat tarik sejajar serat, dan kuat geser sejajar serat
4
Dudukan Benda Uji Dudukan benda uji (frame) adalah tempat penahan maupun sebagai dudukan benda uji. Frame yang digunakan untuk pengujian tekuk kolom dengan bentang panjang pada umumnya arahnya vertikal, namun dalam percobaan ini frame yang digunakan dimodifikasi dengan arah horizontal dan perletakan ujung kolom sendi-sendi. Frame dengan arah horizontal dimodifikasi dengan menggunakan profil baja H (250 x 250 x 9 x 14) dan penahannya dengan tebal pelat 20 mm.
Gambar 1. Dudukan Benda Uji Proses Pengujian Benda Uji Pada pengujian ini benda uji direncanakan adalah kolom persegi yang digandakan dengan penambahan klos. Alasan pemilihan kolom persegi karena kolom tersebut dapat ditentukan sumbu lemahnya sehingga dapat diperkirakan arah tekuknya.
. Gambar 2. Penampang Kolom Persegi Berganda Dengan Arah Sumbu Lemah Langkah pertama, penempatan benda uji pada dudukan diatur sesuai dengan panjang kolom sehingga posisi benda uji simetris dan tegak lurus. Kolom diletakkan dengan posisi dimana bagian panjang kayu (h) berada pada bagian horizontal sehingga arah tekuk yang dikehendaki akan mengarah pada bagian sumbu bahannya (sumbu x). Pada peletakan kolom pada dudukan benda uji pemberian guli-guli besi diletakkan pada bagian atas dudukan benda uji untuk menjaga tidak terjadinya deformasi pada bagian sumbu bebas bahannya (sumbu y). Penambahan pelat diberikan pada salah satu perletakkan untuk mengurangi jarak antara jack dengan salah satu tumpuan dan menjaga agar tidak terjadinya lendutan pada salah satu perletakkan sendi yang statis maupun terjadinya torsi sehingga perletakan kolom menjadi sendi-sendi. Mistar ditempatkan pada tengah bentang untuk mengetahui besar deformasi yang terjadi pada kolom. Setelah pemasangan selesai, pengujian dilakukan dengan memberikan pembebanan 250 kg secara bertahap. Selama pemberian beban, dilakukan pengamatan tanda-tanda yang terjadi pada kolom, pembacaan alat pengukur, dan pencatatan data. Dalam pengamatan dan pencatatan data yang sangat diperhatikan adalah dalam mencari beban elastis, kritis, dan ultimate/patah. Pemberian beban dihentikan apabila kolom sudah mendapatkan beban ultimate/patah.
5
4. HASIL DAN PEMBAHASAN Kadar Air Pemeriksaan kadar air kayu diteliti pada 5 buah sampel dengan ukuran 6 cm x 3 cm x 6 cm. Hasil pemeriksaannya adalah sebagai berikut: Tabel 2. Hasil Pengujian Kadar Air Kayu Berat mula-mula (kg) Berat kering oven (kg) Kadar air Sampel Wg Wd (%) 1. 0,131 0,124 5,645 2. 0,135 0,129 4,651 3. 0,125 0,119 5,042 4. 0,135 0,129 4,651 5. 0,114 0,109 4,587 Total 24,576 Berat Jenis Pemeriksaan berat jenis kayu diteliti pada 5 buah sampel dengan ukuran 6 cm x 3 cm pemeriksaannya adalah sebagai berikut: Tabel 3. Hasil Pengujian Berat Jenis Kayu Berat (kg) Volume (m3) ρ m Sampel Gm a Gb Wg Vg (kg/m3) (%) -6 1. 0,131 108 x 10 1213 5,645 1,148 0,812 0,921 2. 0,135 108 x 10-6 1250 4,651 1,194 0,845 0,942 3. 0,125 108 x 10-6 1157 5,042 1,101 0,832 0,887 4. 0,135 108 x 10-6 1250 4,651 1,194 0,845 0,942 5. 0,114 108 x 10-6 1056 4,587 1,009 0,847 0,823 Total
x 6 cm. Hasil
G15 1,049 1,077 1,005 1,077 0,924 5,133
Kuat Tekan Sejajar Serat Pengujian kuat tekan sejajar serat dilakukan dengan 5 buah sampel yang berukuran 2 cm x 2 cm x 6 cm dengan hasil pengujian sebagai berikut: Tabel 4. Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat Beban Luas Kuat Tekan Sampel (kg) (cm2) (kg/cm2) 1. 4000 4 1000 2. 3400 4 850 3. 3600 4 900 4. 3700 4 925 5. 3800 4 950 Total 4625 Kuat Tarik Sejajar Serat Hasil pemeriksaan kuat uji tarik sejajar serat menggunakan 3 buah sampel dengan ukuran dan hasil kuat tarik sebagai berikut: Tabel 5. Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat Tebal Lebar Lo Lu Fu σv // ε Sampel (mm) (mm) (mm) (mm) (N) (N/mm2) (%) 1. 7,15 8,2 150 157 8800 150,09 4,667 2. 7,15 7,15 150 158,5 11000 215,17 5,667 3. 6,3 8 150 155,5 6600 130,92 3,667 Total 496,18 14,001 Kuat Geser Sejajar Serat Hasil pemeriksaan kuat geser sejajar serat menggunakan 3 buah sampel dengan ukuran dan hasil kuat tarik sebagai berikut:
6
Tabel 6. Hasil Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat Tinggi P maks. fs // Bidang Bentuk keretakan (mm) (N) N/mm2 (MPa) R/T
Sampel
Lebar (mm)
1.
50
50
32000
12,8
R
2.
50
50
38000
15,2
T
3.
50
50
34000
13,6
T
Elastisitas dan Kuat Lentur Kayu Hasil pengujian elastisitas kayu dilakukan dengan menggunakan tiga sampel yang berukuran 30 cm x 2 cm x 2,1 cm. Pencatatan dial dilakukan setiap penambahan beban 50 kg. Hasil penelitian dapat dilihat pada grafik sebagai berikut: 18 16 14 Tegangan (σ)
12 10 8
6 4 2 0 0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
Regangan (ε) Gambar 3. Grafik Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Elastisitas Kayu Sampel 1
7
20 y = 1470.5x R² = 0.9688
18 16
Tegangan (σ)
14 12 10 8 6 4 2 0 0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
Regangan (ε) Gambar 4. Grafik Regresi Linear Tegangan – Regangan Kayu Sampel 1 16 14
Tegangan (σ)
12 10 8 6 4 2 0 0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018
Regangan (ε) Gambar 5. Grafik Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Elastisitas Kayu Sampel 2
8
20 y = 1206.4x R² = 0.9391
18 16
Tegangan (σ)
14 12 10 8 6 4 2 0 0
0.005
0.01
0.015
0.02
Regangan (ε) Gambar 6. Grafik Regresi Linear Tegangan – Regangan Kayu Sampel 2 Kesimpulan Hasil Penelitian Physical dan Mechanical Properties Tabel 8. Rangkuman Penelitian Mechanical Properties (SNI - 5 2002) Jenis Penelitian Hasil Penelitian Kadar Air 3,876% Berat Jenis 0,876 Kuat Tekan Sejajar Serat 794,748 kg/cm2 Kuat Tarik Sejajar Serat 637,085 kg/cm2 Kuat Geser Sejajar Serat 112,328 kg/cm2 Elastisitas Lentur Kayu 132900 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu 1366,95 kg/cm2 Menurut ketentuan SNI – 5 2002 yang dipakai sebagai perencanaan secara ultimate, kuat acuan berdasarkan pemilahan secara mekanis diambil berdasarkan modulus elastisitas lentur. Dari tabel diatas kayu yang digunakan memiliki modulus elastisitas 132.900 kg/cm2 = 13.037,49 MPa termasuk kelas kayu I dengan elastisitas sejajar serat lebih besar 125.000 kg/cm2 dan kode mutu kayu E15 = 14000 MPa. Untuk kuat acuan kayu menurut PKKI 1961 yang berdasarkan tegangan-tegangan izin atau tegangan ultimate dibagi factor safety sebesar 2,25 sehingga hasilnya dapat dilihat pada tabel 9. berikut ini. Tabel 9. Rangkuman Penelitian Mechanical Properties (PKKI 1961) Jenis Penelitian Hasil Penelitian Kadar Air 3,876% Berat Jenis 0,876 Kuat Tekan Sejajar Serat 353,221 kg/cm2 Kuat Tarik Sejajar Serat 283,149 kg/cm2 Kuat Geser Sejajar Serat 49,9236 kg/cm2 Elastisitas Lentur Kayu 132900 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu 607,533 kg/cm2 Pengujian Tekuk Batang Ganda Dari hasil pengujian diperoleh data-data seperti pada tabel dibawah. Dari data tabel dibuat grafik hubungan beban P dan deformasi δ.
9
14000 12000
Beban (kg)
10000 8000 6000 4000 2000 0 0
50
100
150 200 250 300 Penurunan (mm) Gambar 7. Grafik Hubungan Pembebanan Dengan Penurunan
350
Dari gambar 4.5. diatas diperoleh Pelastis = 8000 kg dengan penurunan δ = 15 cm. pada titik (15 : 8000) deformasi yang terjadi masih linier dan batang kolom masih dapat kembali ke bentuk semula apabila beban yang diberikan dilepas, sementara pada titik (20 : 10000) deformasi sudah tidak linier dan kolom menjadi tidak stabil atau bergoyang. Pada titik ini disebut juga dengan titik kritis (Pcr) yang merupakan batas antara lendutan stabil dan tidak stabil. Pada titik (32,5 : 12000) adalah batas dimana kolom sudah mengalami keruntuhan/patah, maka Pultimate = 12000. Maka dari pengujian diperoleh tegangan yang terjadi untuk batang ganda adalah sebagai berikut: Pelastis = 8000 kg dengan besar tegangan yang terjadi Tegangan yang terjadi lebih kecil dari tegangan ijin ( ) dikarenakan adanya gaya tekuk pada kolom sebagai akibat dari kelangsingan kolom. Pcr = 10000 kg, besarnya tegangan yang terjadi Pultimate = 12000 kg, besarnya tegangan yang terjadi
Pembahasan Hasil Pengujian Hasil pengujian tekuk kolom ganda dengan klos dan sambungan baut yang dilakukan dalam laboratorium menunjukkan adanya pemberian gaya tekan secara aksial yang mengakibatkan kolom mengalami ketidakstabilan lateral yang dikenal dengan tekuk (buckling). Pada saat pemberian gaya tekan, kolom secara bertahap akan mengalami perubahan bentuk dengan melengkungnya kolom pada arah titik terlemahnya. Kolom yang mulai tertekuk akan ditandai dengan deformasi sehingga pada tahap tertentu kolom akan mencapai beban elastis (Pelastis). Kolom yang mencapai pada tahap ini masih dapat kembali ke bentuk semula apabila gaya tekan yang diberikan dihilangkan, fenomena ini juga disebut dengan kesetimbangan stabil. Besarnya nilai Pelastis yang didapat dalam pengujian ini sebesar 8000 kg dengan besar deformasi yang terjadi 222,222 kg/cm 2 lebih kecil dari deformasi yang di dapat pada pengerjaan mechanical properties sebesar 353,221 kg/cm2. Pemberian gaya tekan yang secara terus menerus dan konstan akan mengakibatkan perubahan bentuk kolom dan deformasi yang terjadi akan semakin besar. Pada tahap ini beban yang semula elastis akan berubah menjadi beban kritis (Pcr) dan kolom akan mengalami perubahan bentuk disertai dengan tidak dapatnya kembali kebentuk yang semula, kondisi ini disebut dengan kesetimbangan netral. Besarnya nilai Pcr yang didapat dalam pengujian ini sebesar 10000 kg dengan besar deformasi yang terjadi 277,778 kg/cm 2. Pembebanan yang dilanjutkan secara konstan dan terus menerus akan mengubah beban kritis menjadi beban patah atau ultimate (Pultimate). Perubahan beban ini terlihat secara visual dengan adanya goyangan pada struktur dan deformasi semakin besar dan tidak linear hingga akhirnya terjadinya kegagalan struktur. Kondisi seperti ini dinamakan sebagai kesetimbangan tidak stabil. Besarnya nilai Pultimate yang didapat dalam pengujian ini sebesar 12000 kg dengan besar deformasi yang terjadi 333,333 kg/cm 2 lebih kecil dari deformasi yang didapat pada pengerjaan mechanical properties sebesar 794,748 kg/cm2. Pada saat terjadinya kegagalan ini, kolom mengalami kegagalan berupa patahnya salah satu batang kayu dan tidak adanya kegagalan pada sambungan, sehingga untuk daerah sambungannya aman.
10
Perbandingan Penelitian Analitis
Pelastis (kg) 8000 4893,199
σelastis (kg/cm2) 222,222 353,221
Pkritis (kg) 10000 5533,6096
σ kritis (kg/cm2) 277,778 153,7165
P ultimate (kg) 12000 6864,9202
σ ultimate (kg/cm2) 333,333 794,748
5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan a. Dari hasil penelitian physical dan mechanical properties didapat: Kadar Air : 3,876 % Berat Jenis : 0,876 gr/cm3 Elastisitas Lentur Kayu : 132.900 kg/cm2 Menurut SNI 2002 (ultimate) Kuat Tekan Sejajar Serat : 794,748 kg/cm2 Kuat Tarik Sejajar Serat : 637,085 kg/cm2 Kuat Geser Sejajar Serat : 112,328 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu : 1366,95 kg/cm2 Menurut PKKI 1961 (elastis) Kuat Tekan Sejajar Serat : 353,221 kg/cm2 Kuat Tarik Sejajar Serat : 283,149 kg/cm2 Kuat Geser Sejajar Serat : 49,9236 kg/cm2 Tegangan Lentur Kayu : 607,533 kg/cm2 b. Dari hasil perhitungan secara analitis didapatkan beban elastis, beban kritis, dan beban ultimate tekuk kolom ganda konstruksi kayu panggoh dengan klos dan sambungan baut adalah sebagai berikut: Pelastis = 4893,199 kg dengan besar tegangan yang terjadi σ = 353,221 kg/cm2 (PKKI 1961). Pcr = 5533,6096 kg dengan besar tegangan yang terjadi σ = 153,7165 kg/cm2 Pultimate = 6864,9202 kg dengan besar tegangan yang terjadi σ = 794,748 kg/cm2 SNI 2002). c. Dari hasil pengujian laboratorium sampel yang diuji diperoleh: Pelastis = 8000 kg (8 ton) dengan tegangan/deformasi yang terjadi σ = 222,222 kg/cm2 < = 353,221 kg/cm2. Pcr = 10000 kg (10 ton), dengan tegangan/deformasi yang terjadi σ = 277,778 kg/cm2. Pultimate = 12000 kg, dengan tegangan/deformasi yang terjadi σ = 333,333 kg/cm2 < = 794,748 kg/cm2. d. Perbandingan beban runtuh dari percobaan terhadap perhitungan teoritis adalah 1,7480 %. e. Safety factor untuk kolom ganda konstruksi kayu panggoh dengan klos dan sambungan baut adalah Pultimate / Pelastis = 1,5. f. Pengujian ini menunjukkan adanya pengaruh kelangsingan kolom sehingga gaya tekuk kolom mengakibatkan perbedaan antara tegangan yang terjadi dengan tegangan ijin kayu. g. Pada stabilitas kolom, kolom yang mengalami beban elastis (Pelastis) berada pada kesetimbangan stabil dan apabila beban yang diberikan dilepas maka kolom masih dapat kembali pada bentuk sebelumnya. Kolom yang mencapai beban kritis (Pcr) akan mengalami kesetimbangan netral dan tidak dapat kembali kebentuknya semula. h. Kolom yang mencapai beban ultimate (Pultimate), kolom akan mengalami ketidak stabilan yang ditandai dengan bergoyangnya kolom dan diikuti dengan kehancuran/patahnya kolom. Saran 1. Perlu diadakan penelitian kembali pada kolom ganda konstruksi kayu panggoh dengan klos dan sambungan baut untuk mendapatkan hasil yang akurat. 2. Perlu dilakukan penelitian terhadap bagaimana perilaku dan kemampuan kolom ganda konstruksi kayu panggoh dengan klos dan sambungan baut dalam menerima beban gempa. 3. Perlunya perawatan alat-alat laboratorium yang memadai dan terbaru untuk mendapatkan hasil percobaan yang lebih akurat. DAFTAR PUSTAKA Anonim, 2000. SK SNI 03-xxxx-2000. Tata Cara Perencanaan Struktur Kayu Untuk Bangunan Gedung. LPMB Dep. Pekerjaan Umum RI, Bandung. Anonim, 2002. RSNI3 Revisi PKKI NI-5. Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia. BSN, Bandung. Ambrose, James, dan Tripeny, Patrick, 2009. Simplified Design of Wood Structures. Wiley, New Jersey.
11
Awaludin, Ali, dan Irawati, Inggar Septhia, 2005. Konstruksi Kayu. Biro Penerbit, Yogyakarta. Awaludin, Ali, 2005, Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu. Biro Penerbit, Yogyakarta. Felix Yap, Ir.K.H., 1964, Konstruksi Kayu. Penerbit Binacipta, Bandung. Frick, Heinz, 1980, Ilmu Konstruksi Bangunan 2. Penerbit Kanisius, Yogyakarta. Frick, Heinz, dan Moediartianto, 2004, Ilmu Konstruksi Bangunan Kayu. Penerbit Kanisius, Yogyakarta. Keliat, Siska Monika, 2009, Analisis Tekuk Kolom Konstruksi Kayu Dengan Menggunakan Pelat Koppel. Fakultas Teknik USU, Medan. Sumarni, Sri, 2007. Struktur Kayu. Lembaga Pengembangan Pendidikan (LPP) UNS, Surakarta.
12
