BAB I PENDAHULUAN A.
Latar Belakang
Di Indonesia banyak bangunan kuno atau bersejarah yang konstruksinya menggunakan kayu. Karena bangunan tersebut sudah tua misalnya Masjid Agung Solo, Keraton di Solo, maka perlu ditinjau kekuatan konstruksinya, bisa juga karena diinginkan perubahan fungsi penggunaannya tetapi diinginkan tidak merubah bentuk aslinya padahal ada penambahan beban, maka diperlukan perkuatan kayu sebagai penambahan kekuatan lentur pada balok kayu. Di samping itu, kekuatan lentur kayu sesuai dengan kelas, mutu dan dimensinya terbatas, sementara kebutuhan akan kekuatan lebih besar dari kemampuan atau kapasitas kayu tersebut. Oleh karena itu di perlukan bahan perkuatan kayu yang tepat, yang tidak merubah bentuk konstruksi bangunan tetapi dapat menambah kekuatan pada balok. Salah satu cara dengan menggunakan Sistem Perlekatan Luar FRP atau Fiber Reinforced Plastic, dimana kayu di lapisi dengan FRP. FRP ini pernah di teliti untuk perkuatan balok beton bertulang dan hasilnya bisa menambah kekuatan balok beton. Keuntungan menggunakan FRP diantaranya: a. Tahan terhadap korosi b. Ringan c. Tidak merubah bentuk aslinya struktur yang akan di perbaiki karena hanya di tempelkan pada balok dengan cara di rekatkan dengan epoxi. d. Pemasangan cepat dan mudah
1
2
Menurut Nurtanto, Dwi, 2002. dalam penelitiannya yang berjudul Kontribusi Kuat Lentur Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) Pada Balok Dengan Pembebanan Statis mendapatkan hasil, balok dengan rasio tulangan minimum akan mengalami peningkatan 56,604% untuk perkuatan CFRP 1 lapis, meningkat 103,745% untuk perkuatan CFRP 2 lapis. Perbedaannya pada penelitian ini ialah FRP digunakan untuk perkuatan kayu, kalau penelitian Nurtanto untuk pekuatan balok beton.
B.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah seperti diuraian diatas maka dapat di rumuskan permasalahan seberapa besar peningkatan kuat lentur balok kayu yang diperkuat FRP dengan Sistem Perlekatan Luar.
C.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini secara umum mencari jawaban dari masalah yang telah di rumuskan yaitu mengetahui seberapa besar peningkatan kuat lentur pada balok kayu bila di perkuat FRP dengan Sistem Perlekatan Luar dan bagaimana pengaruhnya terhadap defleksi lentur.
3
D.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang hendak dicapai dari penelitian adalah: a. Bagi ilmu pengetahuan dan teknologi memberikan jawaban atas penggunaan FRP Sistem Perlekatan Luar pada perkuatan kayu b. Bagi pemecahan masalah bangunan, setelah mengetahui peningkatan kekuatan balok kayu yang dilapisi FRP, maka dapat ditentukan seberapa panjang penambahan lapisan FRP pada balok kayu tersebut.
E.
Batasan Masalah
Agar permasalahan yang di kaji dapat fokus, maka diadakan pembatasan sebagai berikut: a. Kayu yang di pakai kayu kruing. b. Kayu di dapat di pasaran / toko kayu. c. Tidak meninjau segi ekonomis. d. FRP yang digunakan adalah PLAT CARBODUR S512 dari SIKA. e. Perekat yang digunakan adalah SIKADUR 31CF Normal dari SIKA.
BAB II KAJIAN TEORI A. SIFAT KAYU SECARA UMUM.
Kayu adalah bahan dari alam yang tidak homogen perilaku ini disebabkan oleh pola pertumbuhan batang dan kondisi lingkungan yang sering tidak sama. 1.
Pohon kayu terdiri dari bagian luar (kulit pohon dan bagian dalam pohon seperti terlihat pada gambar.2.1 yaitu potongan melintang pohon kayu) Anatomi Kayu Senyawa utama penyusun sel kayu : 50% selulosa, 25% hemilulosa, 25% lignin A: Kambium
E: Kayu teras/heartwood
B: Kulit dalam
F: Hati/galih
C: Kulit luar
G: Jari-jari kayu
D: Kayu gubal/sapwood
4
5
·
Kulit luar : Bagian yang terluar. Kulit bertugas sebagai pelindung bagian dalam kayu dari pengaruh-pengaruh iklim, serangan serangga dan jamur atau secara mekanis.
·
Kambium : Jaringan yang berupa lapisan tipis dan bening, yang melingkar pohon. Tugas kabium kearah luar membentuk kulit yang baru dan kedalam membentuk kayu.
·
Kayu gubal : Bagian kayu yang terdiri dari sel-sel yang masih hidup, masih berfungsi. Oleh karena itu tugas kayu gubal ini ialah menyalurkan bahan makanan dari daun kebagian-bagian pohon yang lain.
·
Kayu teras : Bagian yang terdiri dari sel-sel yang sudah tua atau mati. Kayu teras ini asalnya dari kayu gubal yang makin tua lalu mati, sehingga tidak berfungsi. Kayu teras ini hanya sebagai pengokoh tumbuhnya pohon saja. Kayu teras lebih awet dan pada umumnya warna kayu lebih tua dari pada kayu gubalnya.
·
Hati : Merupakan bagian yang berada dipusat pohon. Hati ini asalnya dari kayu awal yaitu kayu yang pertama-tama dibentuk oleh kambium dan bersifat rapuh berupa jaringan gabus.
·
Pori-pori : Sebetulnya pori-pori adalah sel-sel pembuluh kayu yang terpotong, sehingga memberi kesan lubang-lubang kecil (pori-pori). Ukuran besarnya pori-pori ini untuk tiap-tiap jenis kayu berbeda-beda.
6
·
Lingkaran tahun /tumbuh kondisi pertumbuhan pohon ditentukan oleh lingkungan tumbuh, yaitu iklim. Mutu kayu dipengaruhi oleh tebalnya lingkaran tahun, semakin tipis gelang tahun semakin kuat karena dinding sel relative tebal.
Oleh karena itu sifat-sifat fisik dan sifat mekanik pada arah longitudinal, radial dan tangensial tidak sama sehingga kekuatan kayu pada arah longitudinal lebih besar bila dibandingkan dengan arah radial ataupun tarsial dan angka kembang susut pada arah longitudinal jauh lebih kecil dari pada arah radial maupun arah tangencial (Ali Awaludin 2005) R : Arah radial T : Arah tangensial L : Arah longitudinal/axial
Kayu sebagai bahan material struktur bangunan memiliki beberapa kelebihan, diantaranya: a. Mudah di dapat terutama di Indonesia b. Mudah di angkut karena dapat digergaji menjadi potongan-potongan kecil sesuai kebutuhan c. Mudah di kerjakan
7
d. Untuk pekerjaan di air, kayu juga cukup baik karena tidak berkarat asal sepenuhnya di dalam air. e. Untuk dekorasi ruang dalam kayu termasuk kuat dan mudah. f. Kayu di gabung dengan baja atau bahan lainnya (mis. FRP) sehingga kayu tersebut dapat bertambah kekuatannya. Kerugian dari penggunaan kayu sebagai bahan material struktur bangunan diantaranya: a. Bersifat tidak homogen karena cacat alam seperti mata kayu, kemiringan serat dan lain-lain b. Kurang awet dalam keadaan tertentu. c. Dapat mengembang dan menyusut dengan perubahan kelembaban. d. Pada pembebanan berjangka lama terdapat lendutan yang besar meskipun tetap elastis. e. Kayu mudah terbakar. Sehingga sebelum digunakan, kayu harus diawetkan supaya memiliki jangka waktu pemakaian yang lama atau sesuai dengan yang diharapkan.
B. SIFAT FISIK DAN MEKANIK KAYU 1. Sifat fisik kayu antara lain: a. Kandungan air Kayu merupakan material higroskopis, artinya kayu memiliki kaitan yang sangat erat dengan air baik berupa cairan ataupun uap air. Kandungan air
8
yang terdapat pada sebuah pohon sangat bervariasi tergantung pada spesiesnya. Kandungan air pada kayu gubal lebih banyak dari pada kayu teras. Air yang terdapat pada batang kayu tersimpan dalam dua bentuk yaitu air bebas yang terletak diantara sel kayu dan air ikat yang terletak pada dinding sel. Bila air bebas yang terletak diantara sel-sel sudah habis sedangkan air ikat pada dinding sel masih jenuh dinamakan titik jenuh serat (fibre saturation point) Kandungan air pada saat titik jenuh serat berkisar antara 25% sampai 30% (Ali Awaludin,2005). Lingkungan yang memiliki kelembaban udara yang stabil, maka kandungan air pada kayu juga akan cenderung tetap, kondisi kandungan air pada kayu yang tetap ini disebut kadar air imbang (Equilibrium Moisture Content). Kadar air (m) =
Wg - Wd Wd
........................................................................... 2.1
dimana Wg = Berat kayu basah Wd = Berat kayu kering oven
b. Cacat kayu Cacat atau kerusakan kayu dapat mengurangi kekuatan dan bahkan kayu yang cacat tersebut tidak dapat dipergunakan sebagai bahan konstruksi. Cacat kayu yang sering terjadi adalah retak (cracks), mata kayu (knots) dan kemiringan serat (slope of grain).
9
Retak pada kayu terjadi karena proses penyusutan akibat penurunan kandungan air (pengeringan). Mata kayu sering terdapat pada batang kayu yang merupakan bekas cabang kayu yang patah, pada mata kayu ini terjadi pembengkokan arah serat sehingga kekuatan kayu menjadi berkurang. Kemiringan serat menunjukan sudut miring serat kayu. Kemiringan serat pada batang kayu terjadi disebabkan tidak sesuainya sumbu batang kayu dengan sumbu pohon pada saat pemotongan/penggergajian. Kekuatan kayu berhubungan erat dengan kepadatan kayu, semakin padat kayu semakin kuat dalam menerima tegangan (Suwarno Wiryomartono, 1976) c. Kepadatan dan berat jenis Kepadatan (density) kayu dinyatakan sebagai berat per unit volume. Pengukuran kepadatan ditunjukan untuk mengetahui porositas atau persentase rongga pada kayu. Cara menghitung kepadatan kayu adalah membandingkan antara berat kering kayu dengan volume basah. Berat kayu yang telah disimpan dalam oven pada suhu 1050C selama 24 hingga 48 jam atau hingga berat spesimen kayu tetap. Berat jenis adalah perbandingan antara kepadatan kayu dengan kepadatan air pada volume yang sama. Kepadatan/kerapatan kayu adalah perbandingan antara massa kayu dengan volume kayu baik pada kadar air tertentu maupun kadar air kering tanur.
10
Nilai kerapatan kayu
r=
Wg ........................................................................................................ 2.2 Vg
Vg = Volume kayu basah r = Kerapatan kayu (Kg/m3) Wg = Berat kayu basah
Menentukan berat jenis pada kadar air m% (Gm) Gm =
r ............................................................................... 2.3 {1000(1 + m / 100)}
Menentukan berat jenis dasar (Gb) Gb =
a=
Gm .................................................................................... 2.4 {1 + 0,265aGm}
30 - m .................................................................................................... 2.5 30
Menentukan berat jenis pada kadar air 15% (G). G=
Gb .......................................................................................... 2.6 (1 - 0,133Gb )
d. Keawetan Keawetan adalah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsur-unsur perusak kayu dari luar seperti jamur, rayap, bubuk dll. Keawetan kayu tersebut disebabkan adanya zat ekstraktif didalam kayu yang merupakan unsur racun bagi perusak kayu. Zat ekstraktif tersebut terbentuk pada saat kayu gubal
11
berubah menjadi kayu teras sehingga pada umumnya kayu teras lebih awet dari kayu gubal. e. Warna Kayu beraneka warna macamnya disebabkan oleh zat pengisi warna dalam kayu yang berbeda-beda. f. Tekstur Tekstur adalah ukuran relatif sel-sel kayu. Berdasarkan teksturnya, kayu digolongkan kedalam kayu bertekstur halus (contoh: giam, kulim dll), kayu bertekstur sedang (contoh: jati, sonokeling dll) dan kayu bertekstur kasar (contoh: kempas, meranti dll). g. Arah serat Arah serat adalah arah umum sel-sel kayu terhadap sumbu batang pohon. Arah serat dapat dibedakan menjadi serat lurus, serat berpadu, serat berombak, serat terpilin dan serat diagonal (serat miring). h. Kesan Raba Kesan raba adalah kesan yang diperoleh pada saat meraba permukaan kayu (kasar, halus, licin, dingin, berminyak dll). kesan raba tiap jenis kayu berbeda-beda tergantung dari tekstur kayu, kadar air, kadar zat ekstraktif dalam kayu. i. Bau dan rasa Bau dan rasa kayu mudah hilang bila kayu lama tersimpan di udara terbuka. Beberapa jenis kayu mempunyai bau yang merangsang dan untuk menyatakan bau kayu tersebut, sering digunakan bau sesuatu benda yang
12
umum dikenal misalnya bau bawang (kulim), bau zat penyamak (jati), bau kamper (kapur) dsb.
j. Nilai dekoratif Gambar kayu tergantung dari pola penyebaran warna, arah serat, tekstur yang tumbuh dalam pola-pola tertentu. Pola gambar ini yang membuat sesuatu jenis kayu mempunyai nilai dekoratif.
k. Higroskopis Kayu mempunyai sifat dapat menyerap atau melepaskan air. Makin lembab udara disekitarnya makin tinggi pula kelembaban kayu sampai tecapai keseimbangan dalam lingkungannya. Dalam kondisi kelembaban kayu sama dengan
kelembaban
udara
disekelilingnya
disebut
kandungan
air
keseimbangan (EMG = Equilibrium Moisture Content)
l. Daya hantar panas Sifat daya hantar kayu sangat jelek sehingga kayu banyak digunakan untuk membuat barang-barang yang berhubungan langsung dengan sumber panas.
m. Daya hantar listrik Pada umumnya kayu merupakan bahan hantar yang jelek untuk aliran listrik. Daya hantar listrik ini dipengaruhi oleh kadar air kayu. Pada kadar air 0%, kayu akan menjadi bahan sekat listrik yang baik sekali, sebaliknya apabila
13
kayu mengandung air maksimum (kayu basah), maka daya hantarnya boleh dikatakan sama dengan daya hantar air.
n. Sifat kayu terhadap suara terdiri dari: 1) Sifat Akustik, yaitu kemampuan untuk meneruskan suara berkaitan erat dengan elastisitas kayu. 2) Sifat Resonansi, yaitu turut bergetarnya kayu akibat adanya gelombang suara. Kualitas nada yang dikeluarkan kayu sangat baik, sehingga kayu banyak dipakai untuk bahan pembuat alat musik (kulintang, gitar, biola dll).
2.
Sifat Mekanika Kayu Sifat kayu yang erat kaitannya dengan kakuatan kayu adalah sifat mekanik kayu. Kekuatan dan ketahanan terhadap perubahan bentuk suatu bahan disebut sebagai sifat-sifat mekanik. Ketahanan terhadap perubahan bentuk menentukan banyaknya bahan yang dimanfaatkan, terpuntir atau terlengkungkah oleh suatu beban yang mengenainya.
Perubahan-perubahan bentuk yang terjadi segera sesudah beban dikenakan dan dapat di pulihkan jika beban dihilangkan disebut perubahan bentuk elastis. sebaliknya jika perubahan bentuk berkembang perlahan-lahan
14
sesudah dikenakan, disebut reologis atau tergantung waktu. Sifat-sifat mekanik kayu yang penting dapat dilihat pada tabel 2.1 sebagai berikut:
Tabel 2. 1 : Sifat.-sifat mekanik yang penting Sifat-Sifat Ragaimana atau dimana sifat ini penting A.
B.
Sifat kekuatan Kekuatan tekan sejajar serat
Menentukan beban yang dapat dipikul suatu gelagar
Kekuatan tekan tegak lurus Serat
Menentukan beban yang dapat dipikul suatu tiang atau pancang yang pendek
Kekuatan tarik sejajar serat
Penting dalam rancangan sambungan antara suku-suku kayu dalam suatu bangunan dan pada penyangga gelagar
Kekuatan geser sejajar serat
Penting untuk suku bawah (busur) pada penopang kayu dan dalam rancangan sambungan antara suku-suku bangunan
Sifat Elastik
Sering menentukan kapasitas beban yang dapat dipikul oleh gelagar pendek
Modulus elastisitas
Ukuran ketahanan terhadap pembengkokan, yaitu berhubungan langsung dengan kekakuan gelagar juga suatu faktor untuk kekuatan atau tiang panjang
Kuat tekan sejajar serat stk // =
pmaks ...................................................................................................... 2.7 A
P = Gaya tekan
15
A = Luas bidang yang tertekan
Kuat tekan tegak lurus serat. pmaks ...................................................................................................... 2.8 A
stk ^ =
Kuat tarik sejajar serat. stk // =
pmaks ................................................................................................... 2.9 A
P = Gaya tarik A = Luas bidang yang tertarik dari benda uji.
Kuat geser sejajar serat.
t // =
pmaks ................................................................................................... 2.10 A
P = Gaya geser A = Luas bidang yang tegeser dari benda uji.
Menurut Wiryomartono,1976 karena kayu bersifat enisotrop maka sifat mekaniknya ke berbagai arah serat berbeda, antara lain disebutkan: a. Kayu lebih kuat mendukung gaya tarik sejajar serat daripada tarik menurut arah tegak lurus serat (sts // > sts ^ ).
16
b. Kayu lebih kuat mendukung gaya desak sejajar serat daripada desak menurut arah tegak lurus serat (sds // > sds ^ ). c. Kayu lebih kuat mendukung gayatarik daripada gaya desak pada arah sejajar serat (sts // > sds). d. Kayu lebih kuat mendukung gaya geser tegak lurus arah serat daripada geser searah arah serat ( τ ^ > τ// ). e. Kayu mempunyai dukungan lentur yang lebih besar daripada dukungan desak.
Tabel 2. 2 : Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu Macam cacat
Kelas mutu A
Kelas mutu B
Kelas mutu C
dimuka
1/6 lebar kayu
1/4 lebar kayu
1/2 lebar kayu
dimuka
1/8 lebar kayu
1/6 lebar kayu
1/4 lebar kayu
Retak
1/5 tebal kayu
1/6 tebal kayu
1/2 tebal kayu
Pingul
1/10 tebal atau lebar
1/6 tebal atau lebar
1/4 tebal atau lebar
kayu
kayu
kayu
1 : 13
1:9
1:6
1/5 tebal kayu
2/5 tebal kayu
1/2 tebal kayu
Diperkenankan
Diperkenankan
Diperkenankan
Diperkenankan asal
Diperkenankan asal
Diperkenankan asal
terpencar dan ukuran
terpencar dan ukuran
terpencar dan ukuran
dibatasi dan tidak ada
dibatasi dan tidak ada
dibatasi dan tidak ada
tanda-tanda serangga
tanda-tanda serangga
tanda-tanda serangga
Mata kayu: Terletak lebar Terletak sempit
Arah serat Saluran damar
eksudasi tidak diperkenankan Gubal Lubang serangga
17
Cacat lain (lapuk,
hidup
hidup
hidup
Tidak diperkenankan
Tidak diperkenankan
Tidak diperkenankan
hati rapuh, retak melintang)
Yang dimaksud Kayu Struktural ialah kayu gergajian yang digunakan untuk komponen struktur bangunan yang memikul beban. Komponen struktur berbentang sederhana yang tidak menyatu dengan tumpuan-tumpuannya maka bentang rencana adalah bentang bersih ditambah setengah kali panjang landasan tumpuan pada masing-masing ujung komponen struktur.
C. KRITERIA PERENCANAAN BALOK Berdasarkan teori mekanika untuk tegangangeser balok tampang segi empat yang dibebani gaya tranfersial statik akan timbul tegangan dan regangan internal. Sebagai bentuk perilaku perlawanan balok (Timoshenko dan Gere, 1996). Untuk mencari besarnya kuat lentur perlu diperhatikan momen yang terjadi pada saat pembebanan. Gambar 2.4 berikut menggambarkan bidang geser dan bidang momen yang terjadi pada saat pembebanan, sedangkan Gambar 2.5 berikut menggambarkan penampang balok dan diagram tegangan-regangan yang terjadi pada saat terjadi pembebanan.
1
/3 L
P/2
P/2
1
/3 L
1
/3 L
P/2 Bdg. D P/2 Bdg. M
18
Gambar 2. 4 : Kondisi Pembebanan (a). Penampang Balok
+
y h
0
(b). Diagram tegangan-regangan (c). Distribusi tegangan geser
b a
b
c
Gambar 2. 5 : Penampang Balok Perhitungan kesetimbangan statis balok bertumpu sederhana untuk kondisi pembebanan seperti pada Gambar 2.1 dapat dihitung sebagai berikut : RA = DA = ½ P dan RB = DB = ½ P ........................................................................ 2.11 Mmaks = ½ P . a ....................................................................................................... 2.12 Hubungan tegangan-regangan terhadap perilaku balok yang dibebani beban dengan arah tranversal sumbu longitudinal dihitung sebagai berikut:
s =
M .y ............................................................................................................... 2.13 I
P.1 / 3L =
s .I ....................................................................................................... 2.14 y
P=
s .I ............................................................................................................ 2.15 1 L. y 3
t=
P.Q ................................................................................................................. 2.16 I .b
Dengan : s = tegangan normal akibat lentur M = momen lentur
19
y = jarak titik tinjau dalam penampang terhadap garis netral tampang I = momen inersia penampang (1 / 12 bh3) τ = tegangan geser akibat lentur
a. Panjang Kritis Balok Untuk kondisi pembebanan terpusat dengan jarak 1/3 dari jarak tumpuan maka perhitungan panjang kritis balok terjadi kegagalan lentur dan geser secara bersamaan ditentukan dengan persamaan 2.17. Lcr =
6.s .h ...................................................................................................... 2.17 8.t
b. Lendutan Balok Kayu Besarnya lendutan maksimum yang terjadi akibat pembebanan terpusat dengan jarak a dari jarak tumpuan : P
P
C
A
D
E
B
a
a ½
l l P
P Å
0
0 -P I
II
III Å
-P IV
20
Gambar. 2. 6 : Bidang M
21
Reaksi peletakan RA = RB = P Momen Mc = ME = RA . a = P . a
Beban
Jarak dari A
PI = ½ Pa2
2
Jarak dari B l - 2 /3 a
/3 a
PII = Pa. ½ ( l – 2a) = P ( ½ al - a2)
1
/4 l + 1/2 a
3
PIII = Pa. ½ ( l – 2a) = P ( ½ al - a2)
3
/4 l + 1/2 a
1
PIV = ½ Pa2
l - 2 /3 a
/4 l - 1/2 a
/4 l + 1/2 a 2
/3 a
Menghitung RA dan RB åMB = 0 RA’.l – PI.(1 – 2/3 a )- PII.( ¾ l - ½ a)- PIII.( 1/4 l - ½ a)- PIV.( 2/3 a) = 0
RA’=
(
)(
)(
) ((
3 l - 1 a + P 1 al a 2 4 2 2
2
2 Pa l - 1
3
Pa
3
+ 3
8
Pal
2
- 1
4
2 Pa l - 3
4
2 Pa l + 1
Pa
2 l
RA’ =
)(
)( )
)(
1 l + 1 a + 1 Pa 2 2 a 4 2 2 3
l 1
RA’ =
) ((
1 Pa 2 l - 2 a + P 1 al - a 2 2 3 2
(
)
2 - 1 Pa 2 l + 1 Pal 2 2 2 = 1 Pal - 1 Pa
RB’ = RA’
l
2
2
3
+ 1
8
Pal
2
+ 1
4
2 Pa l - 1
4
2 Pa l - 1
2
Pa
3
+ 1
3
Pa
3
22
Mmax’ terjadi pada titik D
(
)
(
¢ Mmax’ = R A . 1 l - PI . 1 l - 2 a - PII . 1 l - 1 a 2 2 3 4 2
(
)
(
)
(
)
= 1 Pal - 1 Pa 2 . 1 l - 1 Pa 2 - PII . 1 l - 1 a 2 2 2 2 4 2
)
= 1 Pal - 1 Pa 2 l - 1 Pa 2 l + 1 Pa 3 - 1 Pal 2 + 1 Pa 2 l + 1 Pa 2 l - 1 Pa 3 4
=
Mmax’ =
4
4
3
8
4
4
2
1 2 1 3 Pal - Pa 8 6
(
Pa 2 3l - 4a 2 24
)
Defleksi Maksimum
M max max = EI
¢
(
)
Pa 2 3l - 4a 2 Pa 24 = = 3l 2 - 4a 2 EI 24 EI
(
)
Menurut Gere dan Timoshenko dalam bukunya Mekanika Bahan di dapat
d
max
sebesar:
d max =
(
P.a 3L2 - 4a 2 24.EI
)
..................................................................................2.18
P = Beban yang bekerja pada balok
a = Jarak beban terhadap tumpuan. L = Bentang balok E = Modulus elastisitas balok. I = Momen Inersia balok.
23
Bila P dirubah menjadi ½ P maka:
(
)
P.a 3.L2 - 4.a 2 ................................................................................. 2.19 48
Mmaks =
Besarnya lendutan maksimum yang boleh terjadi di syaratkan sebesar 1/300 ℓ untuk konstruksi terlindung dan 1/400 ℓ untuk konstruksi yang tidak terlindung serta 1/200 ℓ untuk konstruksi kuda-kuda (LPMB 1961:17). Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu tergantung kelas mutu kayunya. Adapun kelas mutu kayu ada tiga yaitu kelas mutu A, kelas mutu B dan kelas mutu C. (SNI, 2002).
c. Kuat Lentur Menurut Haygreen dan Bowyer, 1989 kuat lentur merupakan sifat kekuatan dengan mengetahui kuat lentur dari suatu gelagar dapat ditentukan beban yang dapat dipikul oleh gelagar tersebut. Dumanauw, 1990 menyebutkan bahwa kuat lentur adalah kekuatan untuk menahan gaya-gaya yang berusaha melengkungkan kayu atau untuk menahan beban-beban mati maupun hidup selain beban pukulan yang harus dipikul oleh kayu tersebut. Beban yang diberikan pada gelagar atarr balok tersebut merupakan beban bertahap secara kontinyu, sehingga mencapai maksimum. pada seat maksimum itulah terjadi patah pada gelagar. Pada pengujian tersebut herat baloll kayu atau gelagar dimasukkan dalarn perhitungan sebagai bc-rat sendiri balok atau faktor q.
24
Untuk mencari besarnya kuat lentur perlu diperhatikan momen saat pembebanan. Gambar 2.7 berikut menggambarkan bidang geser dan bidang momen yang terjadi pada saat pembebanan. Dari Gambar 2.7 terlihat bahwa momen mencapai maksimum pada tengah bentang, kuat lentur yang dicari merupakan kuat lentur yang terjadi pada momen maksimum, sehingga persamaan yang digunakan adalah p ö æ1 2 yç q.Ls + a ÷ M .y 8 2 ø Kuat Lentur (Fb) = = è ( kg/cm2 ) ................................. 2.20 It It
Dengan: P = beban maksimum (kg)
M = momen maksimum (kg.cm)
Ls =jarak tumpuan (cm)
It = momen inersia total penampang (cm4)
q = berat sendiri sampel (kg/cm)
y = ordinat titik berat (cm)
a
= jarak l/3 L
Pola retak pada pengujian keteguhan lentur statik. d. Modulus Elastisitas Modulus elastisitas merupakan sifat elastis kayu yang penting sebagai ukuran ketahanan terhadap perpanjangan apabila kayu mengalami tarikan, atau pemendekan apabila kayu mengalami tekanan selama pembebanan berlangsung dengan kecepatan pembebanan konstan. Dalam hal ini yang menjadi tolak ukur adalah besaran modulus elastisitas.
25
defleksi maksimum terjadi di tengah bentang dan untuk mencari modulus elastisitas berdasarkan defleksi maksimum, sehingga modulus elastisitas dapat dicari menggunakan Persamaan 2.21. æP ö ç .a ÷ 4 5qLs 2 ø 2 Modulus Elastisitas (E) = è 3 L s - 4a 2 + (kg/cm2) ................. 2.21 24 I t d 384 I t d
(
)
Dengan P = beban maksimum (kg) Ls = jarak tumpuan (cm) q = berat sendiri sampel (kg/m) It = momen inersia total penampang (cm4) d = defleksi balok (cm) a = jarak l/3 L Perhitungan
modulus
elastisitas
juga
dapat
dilakukan
dengan
menggunakan rumus empiris. Perhitungan modulus elastisitas lentur estimasi kuat acuan (Ew) ditentukan dengan Persamaan 2.22-2.25 sebagai berikut: Ew = 16000 G0,7 Mpa ....................................................................................... 2.22 Dimana : Gb G = berat jenis pada kadar air 15 % = ..................................... 2.23 (1 - 0,1,33Gb ) Gb Gb = berat jenis dasar = ........................................................ 2.24 (11 + 0,265aGm ) (30 - m) ................................................................................................... 2.25 a = 30 m = % kadar air
D. FRP DAN PEREKAT YANG DIGUNAKAN
26
FRP yang digunakan adalah Plat Carbodur S 512 dari Sika yang merupakan struktur fiber karbon tenun untuk penguat struktur, dengan lebar 5 cm dan tebal 1,2mm dan E > 165.000 N/mm2. Kegunaannya antara lain menguatkan struktur beton yang diperkuat, brickwork dan kayu pada kasus beban flexural dan shear. Karakteristik / kelebihan dari Plat Carbodur S 512 dari Sika antara lain: a. Dibuat dengan fiber tenun untuk menjaga struktur b. Penggunaan multifungsi untuk setiap jenis persyaratan penguatan. c. Berat jenis yang rendah untuk bobot tambahan minimal
Tabel 2. 3 : Tipe dan Ukuran FRP Width
Thickness
Cross Sectional Area
mm
mm
mm
50
1,2
60
S612
60
1,2
72
S812
80
1,2
96
S1012
100
1,2
120
S1212
120
1,2
144
S1512
150
1,2
180
S614
60
1,4
84
S914
90
1,4
126
Type Sika Carbodur S512
27
S1214
120
1,4
168
Sumber : The Lates SIKA Teknology in Structural Strengthening with SIKA CARBODUR Composite Strengthening System.
Tabel 2. 4 : Spesifikasi FRP Colour
Black
Base
Carbon
fiber
reinforced
with an epoxy matrix Surface
Grinded on one side
Fiber volumetric content
> 68 %
Shelf Life
Unlimited (no exposure to direct sunshine)
E- Modulus Linear Value
> 165. 000 N/mm2
Tensile strength (min value)
> 2.800 N/mm2
28
Mean value of tensile strength at break (mean value)
> 3.050 N/mm2
E longation at break (min value)
> 1,7 %
Density
1.59/cm3
Mechanical values obtained from longitudinal direction of fibres. Sumber : The Lates SIKA Teknology in Structural Strengthening with SIKA CARBODUR Composite Strengthening Systems. Perekat yang digunakan adalah Sikadur 31 CF Normal yang merupakan dua bagian
Epoxsi
Thiksotropis
yang
bebas
solvent
dan
berdasarkan
damar
pengisi/perekat. 1) Epoxy adhesive untuk perekat struktur - Perekat epoxy untuk panel beton, besi, baja, aluminium, kayu, batu, granit, marmer dan sebagainya. - Perbaikan dan pengisi celah beton, retakan, lubang dan sebagainya. - Pengisi dan perekat anker baut dan besi tulangan. 2) Daya rekat - Kuat rekat pada beton kering (1 hari) : > 4 N/mm2 - Kuat rekat pada beton basah (1 hari) : > 4 N/mm2 - Kuat rekat pada baja (1 hari) : 6 – 10 N/mm2 3) Kekuatan mekanis sangat tinggi. - Kuat tekan (1 hari pada suhu + 30oC) : 50 – 60 N/mm2 - Kuat tarik (1 hari pada suhu +30oC) : 9 – 15 N/mm2 4) Dapat diaplikasikan pada bidang vertikal dan langit – langit Cara penggunaan (+ 10o C min / + 30o C max). - Aduk komponen A dan B komposisi A : B = 2 : 1
29
- Tuang komponen B ke komponen A, aduk sampai rata - Aplikasi dengan trovel - Masa aktif dari waktu pengadukan sampai aplikasi (200 gr pada suhu +30o C). : 35 menit. Adapun kegunaannya: a. Damar pengisi untuk penguatan struktur Plat Carbodur S 512 dari Sika untuk metode aplikasi kering b. Damar primer untuk sistem aplikasi basah c. Perekat bangunan untuk ikatan plat Sika® CarboDur® pada permukaan yang rata. Karakteristik / kelebihan Sikadur 31 CF antara lain: a. Campuran dan aplikasi yang mudah dengan kulir dan roller pengisi b. Perilaku aplikasi yang baik pada permukaan vertikal maupun diatas kepala (langitlangit) c. Konsistensi dapat di pilih untuk aplikasi dengan kuas atau kulir E. KAYU LAMINASI DAN KAYU KOMPOSIT Kayu laminasi diperoleh dengan cara merekatkan papan-papan kayu. (Ali Awaludin, 2005) Menurut ASTM D 3737-92 ada dua jenis balok laminasi berdasarkan arah kerja pembebanan yaitu balok laminasi horizontal yang didesain untuk menahan beban lentur yang arahnya tegak lurus lebar permukaan papan lapisan, dan balok laminasi vertikal yang didesain untuk menahan beban lentur yang arahnya sejajar bidang lebar papan lapisan penyusun laminasi. Untuk memperkuat kayu bisa disusun dan diberi perekat, paku (PKKI 1961 N1-5).
30
Menurut Suwarno Wiryomartono dalam bukunya konstruksi kayu jilid 1 tahun 1976, cara untuk menyusun balok kayu bisa dengan memberikan bentuk gigi pada bidang balok-balok yang saling berhubungan atau ditempatkan pasak kayu atau kokot diantara kedua balok tersebut. Bentuk gigi, pasak kayu atau kokot tersebut dimaksudkan untuk mendukung tegangan geser yang timbul didalam balok susun itu. Adapun kayu komposit adalah kayu yang disusun dengan bahan lain misalnya dengan baja atau lainnya (Gambar 2.10) Menurut Gere dan Timoshenko dalam bukunya mekanika bahan. Balok – balok komposit dapat dianalisa dengan teori lenturan yang dipergunakan untuk balokbalok biasa, karena anggapan bahwa penampang-penampang yang berbentuk bidang sebelum lenturan tetap berbentuk bidang setelah lenturan berlaku dalam keadaan lentur murni tanpa menghiraukan bahannya. Dari angapan ini maka regangan-regangan longitudinal ex berubah secara linier dari bagian atas hingga alas balok. Tegangan-tegangan normal σx yang bekerja pada penampang dapat diperoleh dari regangan-regangan ex dengan mempergunakan hubungan tegangan regangan untuk bahan. Bila bahannya dianggap bersifat elastis-linier sehingga berlaku hukum Hooke untuk tegangan uni aksial. Kemudian tegangan-tegangan dalam tiap-tiap bahan diperoleh dengan mengalikan regangan-regangan dengan modulus elastisitas yang sesuai. Dengan menunjukan modulus elastisitas dari bahan 1 dan 2 berturut-turut dengan E1 dan E2, dan juga dengan menganggap bahwa E2>E1, maka diperoleh
31
diagram tegangan yang diperlihatkan dalam gambar 2.12. tegangan-tegangan normal σx pada jarak y dari sumbu netral diberikan oleh persamaan-persamaan berikut: σx1= -E1Ky
σx2 = -E2Ky ................................... 2.26
dimana σx1 adalah tegangan dalam bahan 1 dan σx2 adalah tegangan dalam bahan 2. Kedudukan dari sumbu netral dapat diperoleh dengan menggunakan persyaratan bahwa gaya aksial yang bekerja pada penampang adalah nol; oleh karena itu, ∫1σx1dA+ ∫2 σx2dA = 0 ......................................... 2.27 dimana dimengerti bahwa integral pertama dihitung mengelilingi luas penampang bahan 1 dan integral kedua dihitung mengelilingi luas penampang bahan 2 sehingga didapat: E1 ∫1 ydA + ∫2 ydA = 0 ......................................... 2.28 Hubungan antara momen lentur M dan tegangan-tegangan dalam balok dapat diperoleh dengan prosedur-prosedur yang sama yang digunakan untuk memperoleh rumus lentur. Penurunannya sebagai berikut: M = ∫σxydA = ∫1 σx1dA + ∫2 σx2dA = - kE1 ∫1 y2dA – kE2 ∫2 y2dA = - k(E1I1 + E2I2) ................................................. 2.29 di mana I1 dan I2 adalah berturut-turut momen-momen lembam terhadap sumbu netral dari luas-luas penampang 1 dan 2. perhatikan bahwa I = I1 + I2 di mana I adalah momen lembam dari seluruh luas penampang terhadap sumbu netral. Persamaan (229) dapat dipecahkan untuk kelengkungan: k=
1 m =....................................... 2.30 p E1 I1 + E 2 I 2
32
Penyebut pada ruas sebelah kanan dapat dipandang sebagai ketegaran lentur (Flexural Rigidity) dari balok komposit. Tegangan-tegangan dalam balok sekarang diperoleh dengan mensubtitusikan pernyataan untuk kelengkungan, kedalam pernyataan-pernyataan untuk σx1 dan σx2
s x1 =
MyE1 E1 I1 + E 2 I 2
s x2 =
MyE 2 ................... 2.31 E1 I1 + E 2 I 2
Pernyataan-pernyataan ini, yang dikenal sebagai rumus-rumus lentur untuk sebuah balok komposit, berturut-turut memberikan tegangan-tegangan normal dalam bahan 1 dan 2. Dalam penelitian yang dilakukan oleh Dwi Hari Junaidy dan M. Bahruludin Tri Nugroho, 2002 kayu lamina komposit antara kayu meranti dan kayu kruing terhadap kuat tekan sebesar 374,275 Kg/cm2 dan kuat lentur 568,745 Kg/cm2 dengan sampel dimensi 1,67 x 2,34 cm. Menurut Nurtanto, Dwi, 2002. dalam penelitiannya yang berjudul Kontribusi Kuat Lentur Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) Pada Balok Dengan Pembebanan Statis mendapatkan hasil, balok dengan rasio tulangan minimum akan mengalami peningkatan 56,604% untuk perkuatan CFRP 1 lapis, meningkat 103,745% untuk perkuatan CFRP 2 lapis. Menurut Cahyo Baskoro Nuswantoro, 2007 dalam penelitiannya Komposit Kayu Kruing Kayu Sengon Dan Bambu diperoleh prosentase kenaikan rata-rata beban Pmaks dari balok komposit ke balok non komposit sebesar 199,063%. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan balok kayu non komposit yang digunakan adalah kayu sengon (kelas kuat 1V) dengan dimensi 4/8 dan 4/7 sedangkan balok komposit yang digunakan kayu kruing (kelas kuat II) dengan variasi tinggi 1 dan 2 yang
33
diletakkan pada bagian atas balok kayu sengon dengan dimensi 5/5 dan bambu ori dengan dimensi ¼ yang diletakkan pada bagian bawah balok kayu sengon. Kayu komposit antara kayu kruing dengan seng mengalami peningkatan kuat lenturnya sebesar 30,43% (Dyah Puspitasari, penelitian, 2007). Menurut penelitian yang dilakukan oleh Edy Purwanto, MT, menunjukkan bahwa model balok beton bertulang yang terbakar sampai suhu 8000C selama 3 jam akan terjadi retak-retak rambut sepanjang permukaan, merubah warna menjadi keabuabuan, menurunkan kuat tekan beton sampai 55,152 %, kekakuan sebesar 24,81%, daktilitas sebesar 31,44 %, kuat lentur ultimit sebesar 13,12 % dan kuat geser ultimit sebesar 13,12%. Setelah model diperkuat lentur dengan carbon fiber strips pada bagian bawahnya maka kekakuannya akan meningkat sebesar 2,41 %, kuat lentur ultimit naik sebesar 6,06 %, kuat geser ultimit sebesar 6,06 % sementara daktilitasnya turun sebesar 18,01 %, terjadi pola keruntuhan geser yang bersifat getas. Setelah model diperkuat lentur dengan carbon fiber strips pada sisi bawah dan perkuatan geser dengan carbon wrapping 1 lapis melilit pada sisi bawah dan kedua badan balok maka kekakuannya akan naik sebesar 8,04 %, kuat lentur ultimit sebesar 75,68 % dan kuat geser ultimit sebesar 75,68%, sementara daksilitasnya turun sebesar 44,19 %, keruntuhan yang terjadi adalah pola keruntuhan lentur yang bersifat dektail tetapi terjadi debonding failure antara sisi beton dengan sisi carbon wrapping.
Blab dan Romani ( 1998-2000,20010 memaparkan bahwa pada balok kayu laminasi yang diperkuat dengan FRP di bagian bawah balok laminasi akan ada peningkatan kekuatan lentur balok.
34
Menurut Yohanes dan Lacroix (2000) memaparkan bahwa pada balok laminasi yang diperkuat dengan GFRP dengan perekat epoxy dimana GFRP dilekatkan ke sisi bagian bawah sepanjang bentang pada balok laminasi maka ada peningkatan beban maksimum 40%-60% dan kekakuannya meningkat 22,5%-29,2% dari balok laminasi yang tidak diperkuat dengan FRP. Fiorelli at al (2003) menyelidiki balok kayu pinus karibea dengan menggunakan ikatan FRP di bagian bawah balok laminasi GFRP ( 1% dari volume balok kayu laminasi) dan CFRP ( 0,4 % dari volume balok kayu laminasi) yang dipasang di bagian bawah balok laminasi yang digunakan untuk perkuatan balok, maka balok akan meningkat kekakuan lendutnya 15%-30% kegagalan terjadi penghancuran balok kayu. Johnsson at al (2005) menyelidiki balok kayu cemara laminasi yang diperkuat dengan CFRP di depan dan dibelakang pada lapisan bawah setelah balok laminasi pertama dengan perekat epoxy dapat meningkatkan flektural antara 44%-63%. Menurut Borri at al (2005) memaparkan bahwa balok laminasi yang diperkuat dengan CFRP pada bagian bawah sepanjang bentang yang prategang akan menghasilkan peningkatan beban maksimum 40%-60% dan kekakuannya meningkat antara 22,5%-29,2% dari balok laminasi yang tidak diperkuat. Susilo Edi (2008) pada penelitiannya yang berjudul Tinjauan Kekuatan Balok Komposit Kayu Beton Dengan Perkuatan Baja Tulangan dimana kayu yang digunakan adalah kayu Mahoni dan benda uji terdiri dari 5 variasi balok utuh dengan perkuatan baja tulangan diameter 8 mm, balok utuh dengan perkuatan baja tulangan 12 mm balok uji komposit kayu utuh dan pelat beton dengan perkuatan baja tulangan diameter 8 mm, balok uji komposit kayu utuh dan pelat beton dengan perkuatan baja
35
tulangan diameter 12 mm dan balok uji komposit kayu utuh dan pelat beton tanpa perkuatan baja tulangan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa balok komposit kayu utuh dan pelat beton dengan perkuatan baja tulangan diameter 8 mm, balok komposit kayu utuh dan pelat beton dengan perkuatan baja tulangan diameter 12 mm dan balok komposit kayu utuh dan pelat beton tanpa perkuatan baja tulangan mempunyai lendutan yang hamper sama. Pada uji dan berat jenis kadar air didapat berat jenis kayu Mahoni 0,619 g/cm3, maka kayu termasuk kelas kuat II menurut PKKI 1961. Pada uji kuat tarik baja menurut PBI diketahui baja diameter 8 mm termasuk baja kers (U48) sedangkan baja diameter 12 mm termasuk baja sedang (U32) perencanaan adukan beton 1 : 2 : 3. Diantara lima variasi benda uji balok komposit perkuatan baja diameter 8 mm adalah yang paling kaku. Dalam menahan beban maksimum balok komposit perkuatan baja diameter 12 mm yang paling tinggi. Tegangan lentur yang terjadi pada balok kayu utuh dengan perkuatan baja tulangan lebih tinggi dibandingkan dengan balok komposit kayu beton dengan perkuatan baja tulangan. Menurut Widodo, Joko Puji (2008) pada penelitiannya yang berjudul Tinjauan Kekuatan Lentur Balok Susun Komposit Kayu Beton Dengan Perkuatan Baja Tulangan memaparkan bahwa penelitiannya memakai kayu mahoni, benda uji terdiri dari dua variasi yaitu balok susun komposit kayu beton dengan perkuatan baja tulangan diameter 8 mm dan balok susun komposit kayu beton dengan perkuatan baja tulangan diameter 12 mm. diantara dua variasi benda uji, balok susun komposit balok kayu beton dengan perkuatan baja tulangan diameter 12 mm adalah yang paling kaku besarnya perbandingan kekakuan batang balok susun komposit kayu beton adalah 1 : 0,729. Beban maksimal yang dapat ditahan balok susun komposit kayu beton dengan perkuatan tulangan diameter 12 mm adalah paling besar, perbandingannya adalah 1 :
36
0,851. Tegangan lentur balok susun komposit kayu beton dengan perkuatan tulangan diameter 12 mm lebih besar dibanding balok susun komposit kayu beton dengan perkuatan tulangan diameter 8 mm, perbandingannya adalah 1 : 0,917.
BAB III METODE PENELITIAN A. TINJAUAN UMUM
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya peningkatan kuat lentur tumpuan sederhana dengan Perkuatan FRP Sistem Perlekatan Luar dengan balok kayu tanpa perkuatan. Adapun balok kayu yang digunakan ukuran 8/12. Kayu yang diuji kayu kruing yang didapat di pasaran tanpa mengetahui umur kayu. Pengujian yang dilakukan adalah uji kuat lentur balok dengan alat uji Loading Frame. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah Metode Eksperimental dan Metode Analisis yaitu dengan mengadakan percobaan secara langsung untuk mendapatkan suatu data atau hasil yang menghubungkan antara variabel-variabel yang diselidiki. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Bahan Fakultas Teknik UNS untuk pengujian awal dan di Laboratorium Struktur Fakultas Teknik UNS untuk pengujian kuat lentur balok. Penelitian awal ini dilakukan untuk menentukan panjang kritis. Adapun yang diuji adalah meliputi pengujian: Berat Jenis, kadar air, tegangan geser sejajar serat, kuat lentur. Adapun rumus yang digunakan ialah: Lcr =
6s Lt h dimana σLt = Tegangan lentur, h = tinggi balok, dan τ = Tegangan geser 8t
balok.
40
41
Setelah mengetahui panjang kritis baru menentukan panjang FRP yang digunakan, dan dilakukan pengujian kuat lentur untuk mengetahui besarnya perkuatan FRP yang digunakan dengan skala penuh yaitu kayu 8/12.
B. BAHAN DAN ALAT PENELITIAN Bahan penelitian yang digunakan adalah: 1.
Balok kayu kruing ukuran 8x12x145 cm
2.
Perkuatan kayu dipakai Fiber Reinforced Plastic (FRP) adalah Plat Carbodur S 512 dari Sika
3.
Perekat yang digunakan adalah Sikadur 31 CF Normal dari Sika
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1.
Mistar dan jangka sorong dengan ketelitian 0,05mm
2.
Timbangan dengan ketelitian 0,1 gram
3.
Oven dengan kapasitas 2000C, untuk menentukan berat kering oven benda uji pada pengujian kadar air dan berat jenis kayu kruing.
4.
UTM (Universal Testing Machine) merk Shimadzu, untuk pengujian kuat tarik, kuat desak dan kuat geser kayu kruing.
5.
Loading frame Bentuk dasar Loading Frame adalah portal atau segiempat yang berdiri diatas lantai beton dengan perantaraan plat dasar dari besi tebal 14 mm. Agar Loading Frame tetap stabil, plat dasar dibaut ke lantai beton dan kedua kolomnya dihubungkan oleh balok WF 450x200x9x14 mm. Posisi balok portal
42
dapat diatur untuk menyesuaikan dengan bentuk dan ukuran model yang akan diuji dengan cara melepas sambungan baut. Alat ini digunakan dalam pengujian utama yaitu pengujian kuat lentur balok kayu kruing.
6.
Dial Gauge Alat ini digunakan untuk mengukur besarnya penurunan yang terjadi.
7.
Hydraulic Jack. Alat ini digunakan untuk memberikan pembebanan pada pengujian kuat lentur dan kuat geser balok berskala penuh dengan kapasitas maksimum 25 ton.
8.
Load cell Alat ini digunakan untuk mentransfer beban dari Hydroulic Jack ke Tranducer. Kapasitas Load Cell yang digunakan adalah sebesar 50 ton.
9.
Tranducer Alat ini digunakan untuk pembacaan angka untuk tiap kenaikan pembebanan.
Adapun bahan yang digunakan untuk pengujian kuat lentur kayu kruing : Tabel 3. 1 : Benda Uji Kuat Lentur Jenis Kayu Kruing tanpa perkuatan FRP
Kode Benda Uji
Jumlah
BKU 1
3
BKU 2
43
BKU 3 BKFS 1 Kayu Kruing dengan perkuatan FRP Sebagian
BKFS 2
3
BKFS 3 BKFP 1 Kayu Kruing dengan perkuatan FRP Penuh
BKFP 2
3
BKFP 3 FRP dan Perekat
C. TAHAP PENELITIAN Tahap penelitian ini dibagi menjadi dua yaitu : I.
Uji pendahuluan / awal
II. Uji dengan skala penuh (balok 8/12) I. Uji pendahuluan / awal Pada uji ini dilakukan uji dengan skala kecil untuk berat jenis, kadar air, tegangan geser dan kuat lentur, untuk mendapatkan panjang kritis Lcr = Dimana
6s Lt h 8t
σLt = Tegangan lentur τ
= Tegangan geser // serat.
H = Tinggi balok = 12 cm (dimensi 8/12)
II. Pengujian Balok Kayu Kruing Setelah mengetahui panjang kritis (Lcr) maka ditentukan panjang balok (dari tumpuan ke tumpuan) pada Loading Frame. Jarak tumpuan ini harus melebihi panjang kritis untuk mendapatkan lentur
44
dan geser bersamaan. Balok kayu disiapkan yaitu balok kayu kruing ukuran 8/12 setelah itu ditentukan panjang FRP yang akan digunakan dan menentukan letak FRP. Pada penelitian ini panjang FRP yang digunakan ada dua yaitu 1/3 bentang ditengah dan seluruh bentang. Setelah material tersedia semua dilakukan uji laboratorium. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat bagan alir dibawah ini:
Pada uji balok kruing 8/12 dilakukan uji kadar air dahulu apakah memenuhi syarat atau tidak.
45
Kadar air : m =
(Wg - Wd ) x100% Wd
Berat jenis kayu pada kadar air m % Gm =
r=
r Wg - Wd ®m= x100% [1000(1 + m / 100)] Wd
Wg Vg
Wg
= Berat benda uji awal (gram)
Wd
= Berat benda uji setelah dioven (gram)
Vg
= Volume kayu
r
= Kerapatan kayu Apabila kayu memenuhi syarat baru dilakukan uji kuat lentur dan modulus
elastisitas untuk balok kayu kruing. Pada pengujian ini dilakukan beberapa tahap: a).
Tahap persiapan (tahap setting up alat)
b).
Tahap pengujian
c).
Tahap analisis data
Untuk lebih jelasnya bisa dilihat uraian dibawah ini. a).
Tahap persiapan (tahap setting up alat) Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai berikut: 1. Menyesuaikan ketinggian Loading Frame dengan menggeser frame yang melintang keatas atau kebawah sesuai ketinggian yang diinginkan. 2. Memasang perletakan sendi pada dasar frame yang jaraknya disesuaikan dengan panjang balok.
46
3. Memasang Hydraulic Jack pada frame bagian atas dan menghadap kebawah. 4. Balok kayu yang akan diuji diletakkan diatas perletakan sendi. 5. Memasang pendistribusian beban melintang diatas balok dan disesuaikan dengan jarak pendistribusian beban yang direncanakan. 6. Setelah balok dalam posisi seimbang dan stabil kemudian dipasang Load Cell diantara Hidraulic Jack dan batang pendistribusian beban. 7. Memasang Deal Gauge dibagian atas balok uji dan jarum disetel pada posisi angka nol. 8. Menghubungkan kabel Load Cell ke Tranducer. 9. Menghubungkan kabel power supply Tranducer ke trafo 110 volt. 10. Menghidupkan trafo sehingga pada alat Tranduser muncul angka. 11. Memompa Pressure Pump perlahan-lahan sehingga terbaca suatu angka pada Tranducer.
b).
Tahap Pengujian Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai berikut. 1. Memberi beban pada balok dengan cara memompa Pressure Pump perlahanlahan disesuaikan dengan kenaikan angka pada Tranducer. 2. Mencatat setiap kenaikan angka pada Tranducer dan diberi nomor pembebanan. 3. Mencatat besarnya penurunan balok yang ditunjukan oleh Dial Gauge untuk setiap nomor pembebanan.
47
4. Melanjutkan penambahan beban hingga mencapai beban maksimum yaitu ditandai dengan tidak bertambahnya angka pada Tranducer meskipun pemompaan dilakukan. 5. Mencatat beban maksimum yang ditunjukan angka pada Tranducer. 6. Melanjutkan pembebanan hingga angka pada Tranducer mengalami dua atau tiga kali penurunan dan menghentikan pembebanan. Pembebanan yang akan dilakukan merupakan pembebanan bertahap yang dicari berdasarkan besarnya kuat lentur dari penelitian yang sudah dilaksanakan yaitu uji kuat lentur pada balok kayu kruing tanpa dilapisi FRP pada sisi bawah balok. Ukuran balok kayu kruing 8/12 x 1,45 m, adapun panjang balok kayu kruing dari tumpuan ke tumpuan 1,25 m. Secara lebih sederhana pembebanan dapat dijelaskan pada gambar 3.11.
Rumus-rumus yang digunakan: 1 P 2 y ( qLs + .a ) My 2 Kuat lentur (s) = = 8 (Kg/cm2) It It
Modulus Elastisitas (E) =
P.a 5qLs 4 2 (3Ls - 4a 2 ) + (Kg/cm2) 48 Itd 384 Itd
Dimana P = Beban Maksimum (Kg) Ls = Jarak Tumpuan (cm) q
y = Ordinat titik berat (cm) = ½ h a = Jarak P ke tumpuan = 41,6 cm
= Berat Sendiri Sampel (Kg/m)
It = Momen Inersia Total Penampang (cm4) d
= Defleksi Balok (cm)
Perhitungan Modulus Elastisitas Lentur (Ew) dapat dilakukan dengan rumus Estimasi:
48
Ew = 16000 G 0,7 Mpa Dimana : G = Berat jenis pada kadar air 15% G=
Gb (1 - 0,133Gb )
Gb = Berat jenis dasar G =
a=
Gb (1 + 0,265aGm)
(30 - m) 30
Format Data Untuk Pengujian Modulus Elastisitas Untuk perhitungan kuat lentur mendapat data pengujian yaitu beban (P). Format data untuk pengujian Modulus Elastisitas Untuk perhitungan Modulus Elastisitas mendapat data dari pengujian besar lendutan atau (d) dan besarnya beban (P).
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Data-data yang diperoleh dari hasil pengujian kemudian dilakukan analisis data untuk mengetahui besarnya beban dan tegangan saat terjadi patah dengan ketentuan yang disyaratkan oleh SNI 3 tentang tata cara perencanaan konstruksi kayu Indonesia, sehingga didapat hasil perhitungan sebagai berikut: A. Untuk uji pendahuluan / awal. - Hasil perhitungan data pengujian kadar air kayu kruing. - Hasil perhitungan data pengujian berat jenis kayu kruing. - Hasil perhitungan tegangan geser sejajar serat kayu kruing (τ//) - Hasil perhitungan kuat lentur kayu kruing (sLt). Untuk uji pendahuluan ini digunakakn untuk mengetahui penjang kritis (Lcr) dimana kegagalan geser dan lentur terjadi. B. Uji lentur balok Kayu Kruing. - Hasil uji lentur balok kayu kruing. - Hasil uji lentur balok kayu kruing dengan perkuatan FRP. - Hasil uji modulus elastisitas kayu kruing. - Hasil uji modulus elastisitas kayu kruing dengan perkuatan FRP
53
A. Uji Pendahuluan / Awal a. Pengujian Kadar Air Dan Berat Jenis.
a
c b
Tabel 4.1 : Pengujian kadar air dan berat jenis kayu kruing Percobaan
a
B
c
Volume
Berat awal
Berat setelah
(cm)
(cm)
(cm)
cm 3
(gr)
dioven (gr)
1.
4,8
4,9
5
117,6
93
81
2.
4,9
4,6
5
116,3
93
83
3.
4,6
4,5
5,1
119,25
93
82
117,72
93
82
Rata-rata Rumus 2.1 : Kadar air (m) =
93 - 82 ´ 100% = 13,4% 82
64
2.2 : Kerapatan kayu = r =
0,093 = 790 Kg / m 3 0,00011772
2.3 : Berat jenis pada kadar m% = Gm Gm =
790 790 = = 0,7 ì1000æç1 + 13,4 ö÷ü 1134 í 100 øýþ è î
2.4 : Berat jenis dasar kayu kruing = Gb Gb=
Gm 0,7 = = 6,4 1,1 æ 30 - 13,4 ö 1 + 0,265ç ÷0,7 è 30 ø
2.6 : Berat jenis pada kadar air 15% = G
G=
0,64 0,64 = = 0,6 1 + 0,133.0,64 1,08
b. Pengujian Tegangan Geser // Serat Kayu Kruing
65
Tabel 4.2 : Pengujian Tegangan Geser // Serat ( t // = Fv) Percobaan
a (cm)
b (cm)
P (kg¦)
1.
5
3,6
1350
A=axb cm 18
2.
5
4
1190
20
3.
5
3,7
1080
18,5
4.
5
4
1830
20
5.
5
3,5
1840
17,5
Rata-rata
5
3,76
1458
18,8
t // = Fv =
p 1458 = = 77,55Kg / cm 2 A 18,8
66
c. Pengujian Lentur
P
½P
l = 70
3 a
s lt =
½P
23,3
23,3
3 23,3
M .y I
(
)
M = 1 P. 1 l - 1 P 1 l - a + 1 ql 2 2 2 2 2 8
67
= 1 P.l - 1 P(35 - 23,3) + 1 ql 2 4 2 8 = 1 P.l - 5,85P + 1 ql 2 4 8 = 17,5 P - 5,85P + 1 ql 2 8 = 11,65P + 1 ql 2 8 M = 1 P.a + 1 ql 2 2 8 I
= 1 bh 3 12
68
Tabel 4.3 : Pengujian Lentur Percobaan
b (cm)
h (cm)
l (cm)
P (KN)
y= ½ h (cm)
1.
3,8
5,5
70
12,5
2,37
2.
4
6
70
12
3
3.
3,5
6
70
12
3
q KN/cm
0,000686 4.
3,6
6
70
11,9
3
5.
4
6
70
11,78
3
Rata-rata
3,78
5,9
70
12,036
2,95
1 P.a + 1 ql )y ( 8 = 2 2
s Lt
1 bh3 12
(1 12,036.23,3 + 18 0,000686.70 )2,95 = 2 2
1 .3,78.5,9 3 12
= 6,431 KN/cm 2 = 643,1 Kg/cm 2
69
Panjang kritis balok = Lcr =
=
6s Lt // .h 8t // 6.643,1.12 8.77,55
= 74,6cm = 75 cm. Setelah didapatkan Lcr atau panjang kritis baru ditentukan panjang balok atau jarak tumpuan sendi ke tumpuan roll. Bila Lcr = 75 cm., maka L harus lebih besar dari Lcr.
B. Uji Lentur Balok Kayu Kruing Setelah didapat Lcr = 75 cm. maka ditentukan panjang balok Ls = 125 cm. Sebelum balok diuji lentur, diuji dulu kadar air dan berat jenis kayu kruing. Table 4.4 : Data Uji Kadar Air dan Berat Jenis.
70
Balok
a (cm)
b (cm)
c (cm)
Berat sebelum
Berat sesudah
dioven
dioven
3
V (cm )
1
5,1
5,3
5,15
139,29
106
94
2
5,2
5,2
5,4
146,02
109
97
3
5,45
5,2
5,1
144,53
108
96
4
5,4
5,4
5,3
154,54
115
103
5
5,2
5,2
5,1
137,904
104
93
Rata-rata
5,27
5,26
5,21
144,42
108,4
96,6
Kadar air (m) =
108,4 - 96,6 x100% = 12,22% 96,6
Kerapatan kayu = r =
108,4 gr Kg = 0,751 3 = 751 3 144,42 cm m
Berat jenis = Gm =
751 751 = = 0,669 ì æ 12,22 öü 1122,2 ÷ý í1000ç1 + 100 øþ è î
71
Gb =
G=
0,6691 0,669 = = 0,61 30 - 12,22 æ ö 1,105 0,669 ÷ ç1 + 0,265. 30 è ø
Gb 0,61 0,61 = = = 0,663 (1 - 0,133Gb ) 1 - 0,133.0,61 0,92
Jadi berat jenis pada kadar air 15 % = 0,663. a. Perhitungan Modulus Elastisitas, Beban dan Tegangan Ditinjau Secara Analitis 1. Modulus Elastisitas lentur (Ew) Ew
= 16.000 G 0,7 = 16.000 . 0,663 0,7 = 12.000
Jadi besarnya Ew (estimasi) = 12.000 Mpa = 120.000 Kg/cm2. 2. Perhitungan P maksimum (Estimasi)
b = 7,83 cm h = 11,3 cm Ls = 125 cm a = 41,6 cm y = ½ . 11,3 = 5,65 cm It = 1/12 bh3 = 83,32 cm4 72
(
M = 1 P. 1 L - 1 P 1 L - 1 L 2 2 2 2 3
)
= 1 P.125 - 1 P(62,5-41,6 ) 4 2 = 31,25.P – ½ P (20,9) = 31,25.P – 10,45.P = 20,8.P = ½ P.a Bila s lentur kayu kruing pada uji pendahuluan 643,1 Kg/cm2. s =
M .y It
643,1 =
20,8.P.5,65 83,32
P = 456 Kg
73
3. Perhitungan Tegangan Pada Balok Komposit (BKFP2) E1 = Ew kayu = 120.000 kg/cm2. Menurut Ali Awaludin dalam bukunya konstruksi kayu modulus elastisitas lentur acuan dikalikan 0,8 = 120.000 x 0,8 = 96.000 kg/cm2, jadi Ew = 96.000 kg/cm2. E2 = EFRP = 1650.000 kg/cm2
n=
E1 96000 = = 0,058 E 2 1650000
Jadi lebar (b) kayu = 7,85 . 0,058 = 0,465 cm Letak garis netral komposit terhadap sisi bawah.
y=
0,465.11,34.5,79 + 5.0,12.0,06 30,53 + 0,036 = = 5,3 cm 0,465.11,34 + 5.0,12 5,87
skayu = 643,1 kg/cm2 (uji pendahuluan) sFRP = 28000 kg/cm2.
F1 = ½ . skayu . 6,16.0,465 = ½ . 643,1 . 6,16. 0,465= 921,05 kg F2 = ½ . sFRP . 5,18 . 0,465 = ½ . 643,1 . 5,18 . 0,465 = 774,52 kg
74
F3 = 0,12 . 5 . sFRP .0,465 = 0,12 . 5 . 28000 . 0,465 = 7812 kg M=åF.y = 921,05 . 4,11 + 774,52 . 3,45 + 7812 . 5,24 = 3785,52 + 2672,1 + 40934,9 M = 47392,52 kgcm M = ½ P . a + 1/8 q . L2 = 20,8 P + 1/8 0,066 . 1252 M = 20,8 P + 128,91 sehingga 47392,52 = 20,8 P + 128,91 P = 2272,29 kg. Jadi P maksimum untuk balok komposit = 2272,29 kg. It = 1/12 . bh3 + F a2. = 1/12 . 0,465 . 11,343 + 0,465 . 11,34 . 0,492 + 1/12 . 5 . 0,123 + 5 . 0,12 . 5,242 = 74,26 cm4.
75
Tegangan-tegangan dalam tampang transformasi : Pada bagian atas : s =
My 47342,52.( -616) = It 74,26
s = -3931,3 kg/cm2. Pada bagian sambungan : s =
My 47342,52.5,18 = It 74,26
s = 3305,9 kg/cm2
Pada bagian bawah : s =
My 47342,52.5,3 = It 74,26
s =3382,5 kg/cm2 Untuk memperoleh tegangan-tegangan dalam balok semula maka tegangan-tegangan dalam bahan I dikalikan n. jadi pada bagian atas = 3431,3 . 0,058 = 228 kg/cm2. Pada sambungan = 3305,9 . 0,058 = 191,74 kg/cm2. Perhitungan balok komposit batas proporsional.
76
str// = 862,7 kg/cm2 (lampiran K)
ε = str// / E = 862,7 / 96000 = 0,009 sFRP = 0,009 x 28000 = 252 kg/cm2 F1 = 921,05 kg , F2 = 774,52 kg , F3 = 0,12 x 5 x 2,52 = 1260 kg M = Σ F . Y = 921,05 . 4,11 + 774,52 . 3,45 + 1260 . 5,24 = 13060,01 kgcm M = 20,8 P + 1/8 q.l2
13060,01 = 20,8 P + 128,911
P = 621,687 kg ( Pmax untuk balok komposit proporsional) It = 74,26 cm4 Tegangan dalam tampang transformasi : Pada bagian atas = s = M.y / It =13060,01 . (-6,16) / 74,26 = - 1083,35 kg/cm2 Pada bagian sambungan = s = 13060,01 . 518 / 74,26 = 918,94 kg/cm2 Pada bagian bawah = s = 13060,01 . 5,3 / 74,26 = 932,1841 kg/cm2
77
4. Perhitungan Hubungan Antara Luas FRP dan Luas Kayu Dengan Beban Tabel 4.5 : Balok BKFS untuk FRP sepertiga bentang ditengah
BKFS
2
2
A FRP (cm )
A Kayu (cm )
A FRP (cm 2 ) ( x) A Kayu (cm 2 )
Beban Proporsional Kg (P)
1
5 x 41,6 = 208
7,78 x 125 = 972,5
0,214
5600
2
5 x 41,6 = 208
7,34 x 125 = 917,5
0,227
5800
3
5 x 41,6 = 208
7,5 x 125 = 937,5
0,22
5500
0,221
5633,3
Rata – rata
Tabel 4.6 : Balok BKFP untuk FRP sepanjang bentang.
BKFP
2
A FRP (cm )
2
A Kayu (cm )
A FRP (cm 2 ) ( x) A Kayu (cm 2 )
Beban Proporsional Kg (P)
78
1
5 x 125 = 625
7,2 x 125 = 900
0,69
7100
2
5 x 125 = 625
7,85 x 125 = 981,25
0,64
7200
3
5 x 125 = 625
7,22 x 125 = 902,5
0,693
7100
0,674
7133,33
Rata – rata
Tabel 4.7 : Data balok uji balok
b (cm)
h (cm)
L (cm)
a (cm)
berat (Kg)
q = Berat/L Kg/cm
BKU 1 BKU 2 BKU 3 BKFS 1 BKFS 2 BKFS 3 BKFP 1 BKFP 2 BKFP 3
7,83 7,88 7,24 7,78 7,34 7,5 7,2 7,85 7,22
11,30 11,10 11,00 11,75 11,22 10,93 11,36 11,34 11,63
145 145 145 145 145 145 145 145 145
41,6 41,6 41,6 41,6 41,6 41,6 41,6 41,6 41,6
9,95 9,95 9,9 9,95 9,9 9,2 9,65 9,55 9,6
0,06862069 0,06862069 0,068275862 0,06862069 0,068275862 0,063448276 0,066551724 0,065862069 0,066206897
Keterangan : BKU : Balok kruing tanpa perkuatan
79
Posisi keruntuhan lentur 1
/3 bentang ditengah /3 bentang ditengah 1 /3 bentang ditengah 1 /3 bentang ditengah 1 /3 bentang ditengah 1 /3 bentang ditengah 1 /3 bentang ditengah 1 /3 bentang ditengah 1 /3 bentang ditengah 1
Pola Retak Miring Miring Miring Miring Miring Miring Miring Miring Miring
BKFS : Balok kruing dengan perkuatan FRP di 1/3 bentang ditengah BKFP : Balok kruing dengan perkuatan FRP sepanjang bentang.
Untuk menghitung besarnya kuat lentur maka ditentukan dulu letak batas proporsionalnya.
80
65
Dari grafik 4.2 didapat batas proporsionalnya (batas kenyal) BKU 1 : P = 5600 Kg dan d : 21,05 mm BKU 2 : P = 5300 Kg dan d : 23,25 mm BKU 3 : P = 5700 Kg dan d : 26,80 mm P rata-rata = 5533 Kg Dari grafik 4.3 didapat batas proporsionalnya (batas kenyal) BKFS 1 : P = 5600 Kg dan d : 19,05 mm BKFS 2 : P = 5800 Kg dan d : 24,7 mm BKFS 3 : P = 5500 Kg dan d : 25,1 mm P rata-rata = 5633,33 Kg Dari grafik 4. 4 didapat batas proporsionalnya (batas kenyal) BKFP 1 : P = 7100 Kg dan d : 29,2 mm BKFP 2 : P = 7200 Kg dan d : 28 mm BKFP 3 : P = 7100 Kg dan d : 23,87 mm P rata-rata = 7133,33 Kg
Perhitungan kuat lentur balok kayu kruing dengan persamaan : P ö æ1 2 ç q.Ls + a ÷ y My è 8 2 ø Kuat Lentur (Fb) = = It It
(mm)
Dengan y = Ordinat titik berat = ½ h
(mm)
66
Ls = Panjang balok = 125 cm q = Berat sendiri balok a
= Jarak P ketumpuan = 41,6 cm
It = Momen inersia = 1/12 bh3. P = Beban maksimum. Fb (BKU1) =
M .y It
P ö 5600 æ1 æ ö 2 2 41,6 ÷ ç 8 qLs + a ÷ y 5,65ç 18 .0,0686.125 + 2 ø 2 è ø = è = 1 .7,83.11,33 It 12 =
(133,984 + 116480)5,65 = 658869,010 941,5
Fb (BKU1) = 699,81 Kg/cm2 Untuk selanjutnya bisa dilihat di tabel 4.8
941,5
Table 4.8 : Kuat Lentur Balok Kruing Tanpa Perkuatan FRP
q
Ls2
P maks
a
b
h
y
It
Fb
Fb rata-rata
(Kg/cm)
(Cm2)
(Kg)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm4)
(Kg/cm2)
(Kg/cm2)
balok
BKU 1
0,068621 15625
5600
41,60
7,83
11,30
5,65
941,50
699,81
BKU 2
0,068621 15625
5400
41,60
7,88
11,10
5,55
896,10
696,48
BKU 3
0,068276 15625
5600
41,60
7,24
11,00
5,50
803,10
798,62
72
731,64
Table 4.9 : Kuat Lentur Balok Kruing Dengan Perkuatan FRP 1/3 Bentang Ditengah
P q
Ls
2
balok
a
b
h
y
It
Fb
Fb rata-rata
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm4)
(Kg/cm2)
(Kg/cm2)
maks (Kg/cm)
(Cm2) (Kg)
BKFS 1
0,068621
15625
5600
41,60
7,78
11,75
5,88 1051,75
651,40
BKFS 2
0,068276
15625
5800
41,60
7,34
11,22
5,61
863,96
784,22
BKFS 3
0,063448
15625
5500
41,60
7,50
10,93
5,47
816,10
766,91
73
734,18
Table 4.10 : Kuat Lentur Balok Kruing Dengan Perkuatan FRP Sepanjang Bentang
q
Ls2
P maks
a
b
h
y
It
Fb
Fb rata-rata
(Kg/cm)
(Cm2)
(Kg)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm4)
(Kg/cm2)
(Kg/cm2)
Balok
BKFP 1
0,066552 15625
7100
41,60
7,20
11,36
5,68
916,25
916,30
BKFP 2
0,065862 15625
7200
41,60
7,85
11,34
5,67
953,95
890,89
BKFP 3
0,066207 15625
7100
41,60
7,22
11,63
5,82
946,50
908,09
74
905,10
75
Kuat Lentur Balok Kruing 905,1
2
Fb (Kg/cm )
1000 800
643,1
731,64
734,18
600 400 200 0 Analisis
Uji Lab (BKU)
Uji Lab (BKFS)
Uji Lab (BKFP)
Benda Uji
Grafik 4.6 : Diagram Peningkatan Kapasitas Lentur
76
Perhitungan Modulus Elastisitas Dipakai rumus 3.6 : E =
P.a 48.It.d
4 æ 5.q.Ls ç 3 Ls 2 - 4 a 2 + ç 384.It.d è
(
)
ö ÷ Kg/cm2 ÷ ø
Untuk BKU 1 : E=
5600.41,6 æ 5.0,0686.244140625 ö ç (3.15625 - 6922,24 ) + ÷ 48.941,5.2,105 è 384.941,5.2,105 ø
83765490 ö æ = 2,448881ç 39952,76 + ÷ 7610333 ø è E = 98109,102 Kg/ cm2 Untuk selanjutnya bisa dilihat pada tabel 4.11.
Tabel 4.11 : Perhitungan Modulus Elastisitas Balok Kruing Tanpa Perkuatan FRP
balok
P maks
a
2
a (cm)
Ls
2
4a 2 (cm4)
q Kg/cm
Ls4
It
d
E
E rata-rata
(cm4)
(cm)
Kg/cm2
Kg/cm2
BKU 1
5600
41,60
1730,56 15625 6922,24
0,06862069
244140625
941,50
2,105
98109,102
BKU 2
5500
41,60
1730,56 15625 6922,24
0,06862069
244140625
896,10
2,325
89980,799
BKU 3
5700
41,60
1730,56 15625 6922,24 0,068275862 244140625
803,10
2,68
90318,617
77
92802,84
Tabel 4.12 : Perhitungan Modulus Elastisitas Balok Kruing Dengan Perkuatan FRP 1/3 Bentang Ditengah
balok
P maks
a
2
a (cm)
Ls
2
4a 2 (cm4)
q Kg/cm
Ls4
It
d
E
E rata-rata
(cm4)
(cm)
Kg/cm2
Kg/cm2
BKFS 1
5600
41,60
1730,56
15625
6922,24
0,06862069
244140625
1051,75
1,905
97042,345
BKFS 2
5800
41,60
1730,56
15625
6922,24
0,068275862 244140625
863,96
2,47
94349,688
BKFS 3
5500
41,60
1730,56
15625
6922,24
0,063448276 244140625
816,10
2,51
93199,479
78
94863,84
Tabel 4.13 : Perhitungan Modulus Elastisitas Balok Kruing Dengan Perkuatan FRP Sepanjang Bentang
balok
P maks
a
2
a (cm)
Ls
2
4a 2 (cm4)
q Kg/cm
Ls4
It
d
E
E rata-rata
(cm4)
(cm)
Kg/cm2
Kg/cm2
BKFP 1
7100
41,60 1730,56
15625
6922,24
0,066551724
244140625 916,25
2,92
92070,204
BKFP 2
7200
41,60 1730,56
15625
6922,24
0,065862069
244140625 953,95
2,8
93518,806
BKFP 3
7100
41,60 1730,56
15625
6922,24
0,066206897
244140625 946,50
2,387
109067,569
79
98218,86
80
Perubahan Modulus Elastisitas
2
E (kg/cm )
100000 98000
98218,86 96000
96000
94863,84
94000
92802,84
92000 90000 Analisis
Uji Lab (BKU)
Uji Lab (BKFS)
Uji Lab (BKFP)
Benda Uji Grafik 4.7 : Diagram Peningkatan Modulus Elastisitas
Dari pengujian secara eksperimen terhadap 9 buah balok kayu kruing pada pengujian lentur dan Modulus Elastisitas, dapat dicatat hal-hal sebagai berkut: 1. Pola retak balok kruing baik tanpa perkuatan dan dengan perkuatan sesuai yang diharapkan, dimana untuk pengujian lentur retak terjadi di sepertiga bentang ditengah. Berarti disain sampel yang memperhitungkan rasio kapasitas lentur pada penelitian berhasil. Pada penentuan panjang balok lebih besar dari panjang kritis (Lcr) berhasil, karena pada perhitungan panjang kritis diharapkan retak geser dan retak lentur bersamaan dan terjadi di sepertiga tengah bentang 2. Keruntuhan untuk balok kayu kruing dengan perkuatan FRP di dahului oleh retak pada kayu yang dilanjutkan dengan pengelupasan lapisan kayu yang menempel pada
81
FRP sehingga menunjukkan bahwa sifat kayu apabila seratnya sudah putus (rusak) sudah tidak bisa menahan beban walaupun FRP masih utuh. Bisa dilihat pada balok kruing dengan perkuatan sepertiga bentang ditengah, keruntuhan dimulai pada tepi kayu yang tidak ada perkuatannya. Pada balok kayu kruing dengan perkuatan penuh sepanjang bentang, retak terjadi pada balok kayu diatas perkuatan FRP. 3. Modulus elastisitas pada balok kayu kruing tanpa perkuatan lebih besar dari balok kayu kruing dengan perkuatan, yaitu E (BKU) = 92802,84 Kg/cm2, E (BKFS) = 94863,84 Kg/cm2 dan E (BKFP) = 98218,86 Kg/cm2. disini menunjukkan bahwa balok kayu kruing tanpa perkuatan lebih elastis dari pada balok kayu kruing dengan perkuatan FRP. Sehingga didapatkan bahwa FRP hanya baik untuk perkuatan tetapi untuk keelastisitasannya balok kayu kruing tersebut akan berkurang atau balok tersebut lebih kaku. 4. Balok kayu kruing dengan perkuatan FRP penuh atau sepanjang bentang, memberikan peningkatan kapasitas lentur lebih besar dari ada balok kayu kruing dengan perkuatan sepertiga bentang ditengah, yaitu Fb (BKU) : 731,64 Kg/cm2, Fb (BKFS) : 734,18 Kg/cm2 dan Fb (BKFP) : 905,10 Kg/cm2. Ini menunjukan bahwa bila pada perkuatan balok kayu bila menghendaki hasil yang optimal maka perkuatan harus dari tumpuan ke tumpuan.
82
5. Balok kayu kruing dengan FRP penuh atau sepanjang bentang memberikan peningkatan defleksi lentur dari balok kayu kruing tanpa perkuatan, pada pembebanan P = 5500 Kg, defleksinya untuk BKU = 2,235 cm, BKFS = 2,2 cm, BKFP = 1,79 cm. Ini menunjukan bahwa bila pada perkuatan balok kayu bila menghendaki hasil yang optimal maka perkuatan harus dari tumpuan ke tumpuan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A.
Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan untuk menjawab tujuan penelitian yaitu : Karateristik sifat mekanik kayu kruing tanpa perkuatan atau FRP (BKU) dengan FRP 1/3 bentang ditengah (BKFS) dan dengan FRP sepanjang bentang (BKFP): a. Modulus Elastisitas (Ew) didapatkan modulus elastisitas estimasi (Ew) = 96.000 kg/cm2. modulus elastisitas untuk hasil pengujian yaitu BKU : 92802,80 kg/cm2, BKFS : 94863,84 kg/cm2, dan BKFP : 98218,86 kg/cm2. Disini bisa dilihat bahwa tingkat keelastisitasannya untuk balok yang diperkuat dengan FRP rendah, yaitu sebesar BKFS : 2,22% dan BKFP : 5,84% dari BKU. b. Untuk beban maksimum (P ), dari hasil perhitungan didapat P maksimum (analisis) : 456 Kg. Tetapi untuk hasil pengujian di Laboratorium didapat P(BKU) : 5533 Kg, P untuk balok komposit (analisis) = 2272,9 kg, P (BKFS) : 5633,33 Kg, dan P (BKFP) : 7133,33 Kg,. Sehingga ada kenaikan beban dari balok kayu kruing yang tidak diperkuat dengan yang diperkuat FRP. Yaitu untuk BKFS : 1,81 % dan BKFP : 28,92 % dari BKU. Dari hasil perhitungan didapatkan hasil yang lebih kecil dari hasil pengujian sehingga terlihat bahwa hasil perhitungan lebih kecil dari hasil uji laboratorium sehingga pengujian berhasil. c. Untuk kuat lentur didapat hasil dari pengujian laboratorium BKU : 731,64 Kg/cm2,
83
84
d. BKFS : 734,18 Kg/cm2, dan BKFP : 905,1 Kg/cm2, sehingga ada kenaikan kuat lentur dari balok kayu kruing yang tidak diperkuat dengan yang diperkuat FRP yaitu untuk BKFS : 0,35% dan BKFP : 23,71% dari BKU, e. Untuk defleksi lentur pada pengujian didapat P = 5500 Kg, defleksinya untuk BKU = 2,235 cm, BKFS = 2,2 cm, BKFP = 1,79 cm. Sehingga ada kenaikan untuk BKFS = 1,6 % dan untuk BKFP = 19,9 %. Ini menunjukan bahwa bila pada perkuatan balok kayu bila menghendaki hasil yang optimal maka perkuatan harus dari tumpuan ke tumpuan.
B.
Saran
Berdasarkan hasil penelitian yang ada maka perlu adanya penelitian lanjutan untuk melengkapi dan mengembangkan terus penelitian ini. Adapun saran-saran yang dapat diberikan untuk penelitian-penelitian selanjutnya adalah : a. Untuk penelitian lebih lanjut FRP yang digunakan lebarnya sama dengan ;lebar balok kayu yang digunakan dan dipasang dibawah balok lebih dari 1/3 bentang ditengah. b. FRP yang digunakan dipasang diantara atau disisipkan diantara kayu (kayu laminasi) c. Perkuatan yang dipakai baja atau almunium yang dipasang dibawah balok. d. Perkuatan yang dipakai baja atau almunium yang disisipkan diantara balok kayu atau kayu laminasi.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 1961. Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia NI-5 1961. Jakarta : Yayasan Dana Normalisasi Indonesia. Anonim. 2002. Standar Nasional Indonesia Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional. Awaludin Ali dkk. 2005. Konstruksi Kayu. Yogyakarta : Teknik Sipil Universitas Gadjah Mada. Borri et al. (2005) bonded CFRP (epoxy) sheets with different density in the tension area of timber beams. Cahyo baskoro Nuswantoro, 2007. Komposit Kayu Kruing Kayu Sengon dan Bambu, Penelitian Dyah Puspita Sari, 2007. Kayu Komposit Antara Kayu Kruing dengan Seng, Penelitian Dwinanda Septiadhi. 2004. Tinjauan Perancangan Balok Susun Kayu Menurut Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia. TA. Yoyakarta : Fakultas Teknik Sipil UGM. E. P. Popov, Zainul Astamar. 1991. Mekanika Teknik. Jakarta : Erlangga. Fiorelli et al. 2003. Reinforced Pinus Caribea Timber Beams By Using External Bonding Of FRP Sheets On Their Tension Sides. Gere dan Timoshenko. Mekanika Bahan Jilid 1. Jakarta : Erlangga. Johnsson et al. 2005 The Strengthening Of Spruce Glulam Beams With CFRP Rods (Rectangular Cross Section, 10*10 Mm). Lopez-Anido and Xu. 2002. studied, as Dagher et al. 1996, The Reinforcement Of Eastern Hemlock Glulam Mulyati. 2005. Pengaruh Jenis Sambungan Terhadap Keruntuhan Lentur Balok Laminasi Galar Bambu Petung. Tesis. Yogyakarta : Pasca Sarjana UGM. Morisco. 1991. Batang Struktur Komposit Kayu dan Metal. Yogyakarta : PAV UGM.
Nurtanto, Dwi, 2002. Kontribusi Kuat Lentur CFRP Pada Balok Dengan Pembebanan Statis, Penelitian. Rochadi Tri dkk. 1996. Pengujian Bahan Bangunan 2. Bandung : Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Susilo Edy. 2008. Tinjauan Kekuatan Balok Komposit Kayu Beton Dengan Perkuatan Baja Tulangan. Penelitian. Svecova and Eden 2004. Reinforced Douglas Fir Timbers From A Bridge With GFRP Bars. Widodo, Joko Puji. 2008. Tinjauan Kekuatan Lentur Balok Susun Komposit Kayu Beton Dengan Perkuatan Baja Tulangan. Penelitian Wiryomartono Suwarno. 1976. Konstruksi Kayu. Yogyakarta : Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.
