BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1
Sifat Fisis Kayu Sifat fisis kayu akan mempengaruhi kekuatan kayu dalam menerima dan
menahan beban yang terjadi pada kayu itu sendiri. Pada umumnya kayu yang memiliki kadar air semakin rendah dibawah kadar air titik jenuh serat (TJS) yang secara teoritis ditetapkan 30%, maka kekuatan kayu akan semakin tinggi. Kerapatan atau berat jenis yang semakin rendah maka kekuatan kayu akan semakin rendah pula. 4.1.1
Kerapatan Kerapatan menunjukkan massa zat kayu per satuan volume. Nilai rata –
rata kerapatan dari empat jenis kayu yang diteliti dapat dilihat pada Tabel 6 Tabel 6 Kerapatan rata-rata empat jenis kayu yang diteliti Kerapatan Rata- Rata (g/cm3 )
Jenis Kayu Meranti Merah Mabang Kempas Bangkirai
Pendekatan A 0.51 0.66 0.76 0.89
Pendekatan B 0.61 0.76 0.76 0.90
Secara keseluruhan nilai rata-rata kerapatan empat jenis kayu tidak seragam. Kerapatan kayu tertinggi pada data pendekatan A pada kayu jenis bangkirai sebesar 0.89 g/cm3 . Hal ini juga terjadi pada data pendekatan B dimana kerapatan tertinggi terdapat pada kayu bangkirai sebesar 0.9 g/cm3 . Nilai kerapatan terendah dari kedua jenis data terdapat pada jenis kayu yang sama yaitu kayu meranti merah dimana nilainya masing- masing sebesar 0.51 g/cm3 pada data pendekatan A dan 0.61 g/cm3 pada data Pendekatan B. Nilai kerapatan kayu dapat menggambarkan kekuatan kayu dimana nilai tersebut berbanding lurus semakin besar nilai kerapatan suatu kayu maka semakin kuat kayu tersebut. Secara grafis nilai rata – rata kerapatan kayu yang dihasilkan disajikan pada Gambar 11 dibawah dan data rata – rata kerapatan kayu secara lengkap disajikan pada tabel Lampiran 1.
Gambar 11 Diagram batang kerapatan rata – rata empat jenis kayu. Dua ciri fisis kerapatan dan berat jenis digunakan untuk menerangkan massa suatu bahan persatuan volume. Ciri-ciri ini umumnya digunakan dalam hubungannya dengan semua tipe bahan. Kerapatan didefinisikan sebagai massa atau berat persatuan volume. Berat jenis adalah perbandingan antara kerapatan kayu (atas dasar berat kering oven dan volume pada kandungan yag telah ditentukan) dengan kerapatan air pada keadaan standar (pada suhu 4ºC, air memiliki kerapatan 1 g/cm3 ). 4.1.2
Kadar Air Pada umumnya kekuatan kayu akan bertambah seiring dengan
berkurangnya kadar air dibawah titik jenuh serat. Titik Jenuh Serat (TJS) adalah suatu titik di mana semua air cair di dalam rongga sel telah dikeluarkan tetapi dinding sel masih jenuh. Jumlah air yang ada di dalam kayu dan fluktuasi waktu akan mempengaruhi sifat-sifat fisis dan mekanis kayu tersebut. Kadar air kayu adalah berat air yang dinyatakan sebagai persen berat kayu bebas air atau kandungan air pada kayu dalam keadaan kering oven. Nilai rata – rata kadar air dari empat jenis kayu tersebut dapat dilihat pada Tabel 7 Tabel 7 Rata-rata kadar air empat jenis kayu yang diteliti Jenis Kayu Meranti Merah Mabang Kempas Bangkirai
Kadar air Rata – Rata (%) Pendekatan A Pendekatan B 16.86 17.51 15.44 21.11 15.46 19.85 16.75 17.31
Secara grafis nilai rata – rata kadar air kayu kering udara yang dihasilkan disajikan pada Gambar 12 dibawah dan data kadar air rata – rata kayu secara lengkap disajikan pada tabel Lampiran 1.
Gambar 12 Diagram batang kadar air (kering udara) rata – rata empat jenis kayu. Kadar air kayu yang dihasilkan dari data pendekatan A pada empat jenis kayu memiliki nilai yang hampir sama dimana nilai kadar airnya berkisar antara 15.44% sampai 16.86%. sedangkan pada data pendekatan B nilai kadar airnya berkisar antara 17.31% sampai 21.11%. Nilai kadar air paling tinggi terdapat pada data pendekatan B pada kayu Mabang sebesar 21.1% dan terendah pada kayu Mabang sebesar 15.44% pada data pendekatan A. Perbedaan kadar air ini berbeda pada setiap jenis kayu karena dipengaruhi oleh banyak faktor antara lain, waktu penyimpanan, suhu, kelembaban, jenis kayu dan lingkungan. Pada pendekatan A kadar air empat jenis kayu relative seragam karena kayu segar sudah disimpan selama 1 tahun, sebaliknya pada pendekatan B lebih bervariasi karena kayu segar baru disimpan selama 10 minggu. 4.1.3
Berat Jenis Berat jenis adalah perbandingan antara kerapatan kayu (atas dasar berat
kering oven dan volume pada kandungan yag telah ditentukan) dengan kerapatan air pada keadaan standar (pada suhu 4ºC, air memiliki kerapatan 1 g/cm3 ). Ratarata berat jenis kayu yang diuji seperti tersaji pada Tabel 8.
Tabel 8 Rata-rata berat jenis kayu Jenis Kayu Meranti Merah Mabang Kempas Bangkirai
Berat Jenis Rata – Rata Pendekatan A Pendekatan B 0.44 0.52 0.57 0.63 0.66 0.64 0.76 0.76
Gambar 13 Diagram batang berat jenis rata – rata empat jenis kayu. Berat jenis kayu merupakan salah satu sifat fisis kayu yang cukup penting untuk mengetahui seberapa jauh kekuatan dan ketahanan kayu dalam menerima beban dari luar. Pada umumnya dapatlah dikatakan bahwa kayu-kayu yang terberat juga merupakan kayu-kayu yang terkuat dan bahwa keteguhan, kekerasan dan hampir semua sifat-sifat mekanis lainnya berbanding lurus dengan berat jenis.
4.2 Sifat Mekanis Kayu Kemampuan kayu untuk menahan gaya dari luar selain dipengaruhi oleh sifat-sifat fisis kayu itu sendiri juga dipengaruhi oleh sifat-sifat mekanis yang ada pada kayu tersebut. Semakin tinggi sifat mekanis suatu jenis kayu maka kemampuan kayu tersebut dalam menahan beban atau gaya dari luar akan semakin tinggi pula. Kemampuan dan ketahanan terhadap perubahan bentuk suatu bahan disebut sifat kekakuan bahan yang juga merupakan salah satu dari sifat-sifat mekanis bahan tersebut. Kekuatan adalah kemampuan suatu bahan untuk memikul
beban atau gaya yang mengenainya. Ketahanan merupakan kemampuan terhadap perubahan bentuk menentukan banyaknya bahan yang dimampatkan, terpuntir, atau terlengkungkan oleh suatu beban yang mengena inya. Pada penelitian ini, sifat mekanis yang diuji adalah kekuatan lentur paku dan pembenaman paku kedalam balok (embedding strength). 4.2.1
Kekuatan Lentur Paku Pengujian lentur statis paku bertujuan untuk mengetahui kekuatan lentur
maksimum dari sebuah paku. Paku ditekan dengan beban tertentu pada arah tegak lurus sumbu paku ditengah bentang dan menghasilkan nilai Modulus of Elasticity (MOE) dan Modulus of Rupture (MOR) dengan rincian seperti tercantum pada Tabel 9. Tabel 9 Rata-rata
nilai MOE dan MOR tiga jenis paku menurut ukuran
diameternya Diameter Paku (mm)
MOE (kgf/cm²)
MOR (kgf/cm²)
MOR (psi)
4.1 5.2 5.5
241885 295199 445569
14845 15798 11280
211149 224700 160441
Nilai MOR ini yang nantinya akan digunakan sebagai nilai F yb untuk mengolah data pendekatan A. Nilai MOE merupakan nilai kekuatan suatu bahan sedangkan MOR adalah nilai keteguhan patah suatu bahan. Dari tabel 9 dapat dilihat bahwa semakin besar diameter paku yang digunakan maka nilai MOE juga semakin tinggi. Sedangkan untuk nilai F yb, semakin besar diameter paku yang digunakan semakin rendah nilai Fyb. Tetapi untuk paku diameter 5.2 mm nilai F yb lebih besar dibandingkan Fyb paku diameter 4.1 mm, hal ini terjadi karena nilai beban maksimum paku diameter 5.2 mm jauh lebih besar dibandingkan paku diameter 4.1 mm. 4.2.2
Embedding Strength Pengujian pembenaman paku kedalam balok menghasilkan nilai beban
maksimum yang nantinya dibagi dengan luasan terbesar daerah kayu yang terbenam oleh paku, nilainya selanjutnya digunakan sebagai nilai F em (kekuatan
alat sambung yang masuk kedalam balok utama, psi.), dengan rincian seperti pada Tabel 10. Tabel 10 Rata-rata kekuatan alat sambung yang masuk kedalam balok utama (F em) Jenis Kayu Meranti Merah Mabang
Kempas
Bangkirai
Diameter (mm) 4.1 5.2 5.5 4.1 5.2 5.5 4.1 5.2 5.5 4.1 5.2 5.5
Fem (kg/cm²) 232 240 236 308 344 348 347 505 485 452 498 516
Fem (psi) 3302 3410 3360 4375 4896 4955 4930 7181 6898 6428 7076 7344
Nilai Yield Mode (Z) yang diperbandingkan hanya tipe kerusakan yang ke IV karena nilai yang diperoleh terkecil, artinya model ini paling kritis. Tipe kerusakan ke IV inilah yang nantinya akan dibandingkan dengan sesaran 0.35 mm, 0.8 mm, 1.5 mm dan 5 mm pada data pendekatan D. Nilai desain acuan yang minimum inilah yang nantinya digunakan untuk menghitung penggunaan sebuah paku pada suatu konstruksi bangunan. Setelah semua data didapatkan (data lengkap nilai desain acuan sambungan double shear empat jenis kayu – pelat baja disajikan dalam tabel lampiran 11, 12, 13 dan 14), dilanjutkan dengan menghitung nilai Yield Mode (Z) atau nilai desain acuan sambungan double shear untuk masing- masing jenis kayu dan didapatkan hasil sebagaimana disajikan pada Tabel 11.
Tabel 11 Nilai Desain Acuan Sambungan Double Shear (Z) kayu Meranti Merah – Pelat Baja Pendekatan (Kg) Mode Kerusakan Diameter Paku (mm) Sesaran (mm) A B C D
4.1
IV
5.2
5.5
226 158 185
329 191 244
295 208 257
43
0.35
88
0.8
146
1.5
163
5
89
0.35
151
0.8
239
1.5
166
5
80
0.35
142
0.8
278
1.5
209
5
Berdasarkan data tabel diatas dapat diketahui nilai desain acuan sambungan double shear kayu meranti merah-pelat baja pada diameter paku 4.1mm berkisar antara 43-226 kg. Nilai tertinggi didapatkan pada pendekatan A sebesar 226 kg sedangkan nilai terendah dihasilkan dari pendekatan D pada sesaran 0.35 mm sebesar 43 kg. Pada paku diameter 5.2 mm nilainya berkisar antara 89-329 kg. Nilai terendah terdapat pada pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 89 kg dan tertinggi pada pendekatan A yaitu sebesar 329 kg. Begitu halnya pada paku diameter 5.5 mm nilainya berkisar antara 80-295 kg. Nilai terendah terdapat pada pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 80 kg dan tertinggi pada pendekatan A yaitu sebesar 295 kg. Nilai desain acuan sambungan double shear kayu meranti merah-pelat baja pada diameter 5.2 mm lebih tinggi daripada diameter 5.5 mm pada pendekatan A dan pendekatan D (Tabel 12). Menurut analisis pendekatan A hal ini diduga karena kondisi paku diameter 5.5 mm merupakan paku yang mutu bajanya berbeda dengan paku diameter 4.1 mm dan paku diameter 5.2 mm. Hal ini disebabkan karena paku 5.5 mm tersebut sudah tidak beredar lagi dipasaran. Menurut analisis pendekatan D hal ini disebabkan karena penggunaan paku
berukuran kecil tidak mampu menahan beban yang terjadi dengan kuat, sedangkan paku berdiameter besar (5,5 mm) dapat menyebabkan kerusakan serat-serat kayu sehingga terjadi perlemahan pada kekuatan sambungan double shear (Sriyanto, 2009). Tabel 12 Nilai Desain Acuan Sambungan Double Shear (Z) kayu Mabang – Pelat Baja Mode Kerusakan Diameter Paku (mm)
4.1
IV
5.2
5.5
Pendekatan A
B
C
258 218 256
390 276 337
354 291 355
D
Sesaran (mm)
189
0.35
280
0.8
341
1.5
218
5
184
0.35
356
0.8
502
1.5
276
5
84
0.35
159
0.8
300
1.5
272
5
Berdasarkan data Tabel 12 diatas dapat diketahui nilai desain acuan sambungan double shear kayu mabang - pelat baja pada diameter paku 4.1mm didapatkan nilai berkisar antara 189-341 kg. Nilai tertinggi didapatkan pada pendekatan D sesaran 1.5 mm sebesar 341 kg sedangkan nilai terendah dihasilkan pada pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 189 kg. Pada paku diameter 5.2 mm
nilainya berkisar antara 184-502 kg. Nilai terendah terdapat pada
pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 184 k g dan tertinggi pada pendekatan D dengan sesaran 1.5 mm yaitu sebesar 502 kg. Begitu halnya pada paku diameter 5.5 mm nilainya berkisar antara 84-355 kg. Nilai terendah terdapat pada pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 84 kg dan tertinggi pada pendekatan C yaitu sebesar 355 kg. Semakin besar diameter paku maka akan semakin besar pula kekuatan sambungannya.
Namun
pada
pendekatan
D
pada
sambungan
dengan
menggunakan kayu mabang terjadi perbedaan, semakin besar diameter paku maka kekuatan sambungannya semakin kecil, hal ini dikatakan dalam Sriyanto (2009) bahwa perlakuan sambungan pada kayu mabang tidak dapat menggunakan paku yang besar, karena akan merusak serat – serat kayu dan menyebabkan terjadinya perlemahan kekuatan sambungan double shear balok kayu mabang - pelat baja. Tabel 13 Nilai Desain Acuan Sambungan Double Shear (Z) kayu Kempas – Pelat Baja Pendekatan (Kg) Mode Kerusakan Diameter Paku (mm)
Sesaran (mm) A
4.1
IV
5.2
5.5
B
C
273 221 300
D 178
0.35
277
0.8
376
1.5
225
5
229
0.35
414
0.8
586
1.5
327
5
126
0.35
204
0.8
330
1.5
327
5
464 276 396
412 291 417
Berdasarkan data Tabel 13 diatas dapat diketahui nilai desain acuan sambungan double shear kayu kempas - pelat baja pada diameter paku 4.1 mm didapatkan nilai berkisar antara 178-376 kg. Nilai tertinggi didapatkan pada pendekatan D sesaran 1.5 mm sebesar 376 kg sedangkan nilai terendah dihasilkan pada pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 178 kg. Pada paku diameter 5.2 mm
nilainya berkisar antara 229-586 kg. Nilai terendah terdapat pada
pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 229 kg dan tertinggi pada pendekatan D dengan sesaran 1.5 mm yaitu sebesar 586 kg. Begitu halnya pada paku diameter 5.5 mm
nilainya berkisar antara 126-417 kg. Nilai terendah
terdapat pada pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 84 kg dan tertinggi pada pendekatan C yaitu sebesar 417 kg.
Tabel 14 Nilai Desain Acuan Sambungan Double Shear (Z) kayu Bangkirai – Pelat Baja Mode Kerusakan Diameter Paku (mm)
4.1
IV
5.2
5.5
Pendekatan (Kg) A
B
C
308 228 291
461 290 384
423 322 404
D
Sesaran (mm)
41
0.35
103
0.8
193
1.5
243
5
116
0.35
221
0.8
399
1.5
331
5
109
0.35
225
0.8
363
1.5
352
5
Berdasarkan data Tabel 14 diatas dapat diketahui nilai desain acuan sambungan double shear kayu bangkirai - pelat baja pada diameter paku 4.1 mm didapatkan nilai berkisar antara 41-308 kg. Nilai tertinggi didapatkan pada pendekatan A sebesar 308 kg sedangkan nilai terendah dihasilkan pada pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 41 kg. Pada paku diameter 5.2 mm nilainya berkisar antara 116-461 kg. Nilai terendah terdapat pada pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 116 kg dan tertinggi pada pendekatan A yaitu sebesar 461 kg. Begitu halnya pada paku diameter 5.5 mm nilainya berkisar antara 109-423 kg. Nilai terendah terdapat pada pendekatan D dengan sesaran 0.35 mm sebesar 109 kg dan tertinggi pada pendekatan A yaitu sebesar 423 kg. Kayu bangkirai memiliki kerapatan dan berat jenis yang lebih tinggi dibandingkan ketiga kayu lainnya, tetapi kekuatan sambungannya untuk pendekatan D lebih rendah dibandingkan dengan dua kayu lainnya kecuali kayu meranti merah. Dalam Atlas Kayu Indonesia disebutkan bahwa nilai keteguhan tekan sejajar serat untuk kayu bangkirai memiliki tegangan maksimum sebesar 6.27 kg/cm2 , sedangkan ketiga kayu lainnya memiliki tegangan maksimum berkisar 180-592 kg/cm2 .Hal inilah yang menyebabkan kekuatan sambungan
double shear kayu bangkirai sejajar serat pada pendekatan D nilainya lebih rendah dibandingkan ketiga kayu lainnya. Berdasarkan data tabel diatas dapat diketahui bahwa standar Amerika (Wood Handbook, 1999) memberikan batas aman untuk sambungan paku double shear pada sesaran 0.35 mm. Batas beban lateral maksimum dicapai pada sesaran 0.8 mm berdasarkan standar Australia (Standard Association of Australia (SAA)), sedangkan standar Indonesia dalam Peraturan Konstruksi Indonesia (PKKI-NI 61, 1979) menetapkan pada sesaran 1.5 mm, dan 5 mm adalah sesaran yang diduga sambungan tersebut telah mengalami kerusakan. Kayu kempas menghasilkan nilai desain acuan paling besar pada sesaran 0.35mm yaitu sebesar 229 kg dengan menggunakan paku diameter 5.2 mm. sedangkan pada paku diameter 4.1 mm - kayu mabang menghasilkan nilai desain acuan paling besar pada sesaran 0.35 mm dengan nilai 189 kg. Pada paku diameter 5.5 mm dengan sesaran 0.35 mm didapatkan nilai desain acuan paling besar dengan menggunakan kayu kempas yang mampu menerima beban sebesar 126 kg. Perbedaan nilai desain acuan sambungan tersebut dipengaruhi oleh faktor jenis paku yang digunakan dan kayu yang mempunyai sifat ortotropis sehingga nilainya dapat bervariasi. Berdasarkan data diatas dapat diketahui bahwa faktor yang mempengaruhi beban ijin paku dari suatu sambungan double shear adalah berat jenis kayu dan diameter paku, sedangkan untuk kadar air kayu tidak memberikan pengaruh yang besar terhadap beban ijin paku dari suatu sambungan. Hal ini dapat terlihat dari semakin meningkatnya kerapatan dan berat jenis maka nilai desain acuan sambungan
double
shear
semakin
tinggi.
Peningkatan
diameter
paku
mengakibatkan nilai desain acuan sambungan double shear juga semakin tinggi. Rata-rata terbesar maksimalnya dicapai pada diameter 5.2 mm dan kekuatan sambungan kembali turun pada diameter 5.5 mm. Analisa tentang hubungan antara kerapatan dan berat jenis dengan kekuatan yang dihasilkan dapat dijelaskan bahwa kerapatan dan berat jenis kayu yang tinggi akan menghasilkan kekuatan sambungan yang tinggi pula. Kayu yang memiliki kerapatan yang tinggi, saat sesaran terjadi kerusakan sel yang dialami
kayu hanya berada disekitar paku. Hal ini karena kayu yang kerapatannya tinggi mampu menahan beban lebih kuat, sehingga kerusakan yang terjadi buka n saja pada sel-sel kayu, melainkan kerusakan juga timbul pada paku yang digunakan sebagai alat sambung. Kayu yang memiliki kerapatan rendah dan berat jenis rendah, kemampuan serat dalam menahan beban sangat kecil bila dibandingkan dengan kayu berkerapatan tinggi, sehingga sel-sel kayu mudah rusak dan terjadi pemadatan maupun pecah atau terbelah.
