DESAIN TUMPUKAN GELUGU (KELAPA GELONDONGAN) SEBAGAI PENYANGGA TEROWONGAN PERTAMBANGAN DALAM FORMAT ASD DAN LRFD EFFENDI TRI BAHTIAR

DESAIN TUMPUKAN GELUGU (KELAPA GELONDONGAN) SEBAGAI PENYANGGA TEROWONGAN PERTAMBANGAN DALAM FORMAT ASD DAN LRFD

EFFENDI TRI BAHTIAR

SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa Tesis Desain Tumpukan Gelugu (Kelapa Gelondongan) sebagai Penyangga Terowongan Pertambangan dalam Format ASD dan LRFD adalah karya saya sendiri dengan arahan dari dosen pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, Januari 2008

Effendi Tri Bahtiar NIM E051040011

ii

RINGKASAN EFFENDI TRI BAHTIAR. Desain Tumpukan Gelugu (Kelapa Gelondongan) sebagai Penyangga Terowongan Pertambangan dalam Format ASD dan LRFD. Dibimbing oleh SURJONO SURJOKUSUMO dan NARESWORO NUGROHO Dewasa ini perusahaan pertambangan mengalami kesulitan mendapatkan material untuk membangun cribbing balok kayu penyangga terowongan karena balok kayu berkualitas tinggi dan berukuran besar sulit diperoleh.

Kelapa

gelondongan (gelugu) merupakan material alternatif yang potensial dipergunakan sebagai penyangga terowongan, namun sifat fisis mekanis gelugu belum pernah diteliti. Penelitian kayu kelapa umumnya berupa contoh kecil bebas cacat (ckbc). Sifat fisis mekanis gelugu perlu diketahui agar dapat mendesain dengan baik. Penelitian ini mengestimasi kerapatan dan sifat mekanis gelugu dengan cara rekonstruksi, yaitu menempatkan ckbc pada posisinya semula dalam batang kemudian diproses menggunakan rumus-rumus mekanika, kalkulus dan geometri analitis, serta statistika.

Metode ini berhasil menduga kerapatan, modulus

elastisitas, modulus geser, dan MOR setiap sortimen, namun gagal mendapatkan Poisson’s rasio yang konsisten. Dugaan sifat fisis mekanis sortimen gelugu hasil rekonstruksi kemudian digunakan sebagai input desain struktur menggunakan software SAP 2000, dan analisis struktur dilakukan sesuai National Desain Standard (NDS) 2005. Desain struktur yang dianalisis adalah tumpukan gelugu tunggal, tumpukan gelugu berseling, dan tumpukan gelugu berseling ganda. Dalam format ASD, tumpukan gelugu tunggal, tumpukan gelugu berseling, dan tumpukan gelugu berseling ganda masing-masing mampu menahan beban kombinasi maksimum sebesar 99 N/mm, 98 N/mm, dan 185 N/mm sehingga kapasitas strukturnya berturut-turut adalah 396 kN, 588 kN dan 1110 kN. Analisis struktur menggunakan LRFD sepintas tampak menghasilkan beban kombinasi maksimum 1,296 kali lebih besar daripada ASD, namun hal ini terjadi karena perbedaan format kombinasi beban saja sehingga tidak bermakna bahwa analisa struktur dengan format LRFD lebih hemat bahan daripada ASD. Ukuran material hasil analisis struktur berdasar LRFD sama dengan ASD.

iii

Tumpukan gelugu berseling ganda memiliki efisiensi material tertinggi yaitu 8,81 kN/m (123 kN/pohon), dibandingkan tumpukan gelugu tunggal atau tumpukan gelugu berseling yang berturut-turut memiliki efisiensi material sebesar 5,08 kN/m (71 kN/pohon) dan 5,76 kN/m (81 kN/pohon). Namun terlalu dini untuk memilih tumpukan gelugu berseling ganda sebagai alternatif terbaik. Struktur terbaik baru dapat diperoleh setelah mendapatkan data beban kombinasi aktual di lapangan yang nilainya paling dekat dengan kapasitas struktur.

iv

ABSTRACT

Coconut-logs will be used as coco-logs-crib material for supporting mine tunnel. Density and mechanical properties of coconut-logs must be well identified before designing coco-logs-crib.

This research estimates the density and mechanical

properties of coconut-logs by reconstruction methods.

Coconut-logs are

reconstructed by replacing each small clear speciment on its natural place, then the properties are estimated by mechanics, statistics, calculus and geometric analytic equation. This method is successful estimating density, modulus of elasticity, shear modulus, and modulus of rupture, but fail estimating Poisson’s ratio. This research is conducted to design three coco-log-cribs, namely: single crib, interspace crib, and double interspace crib. Each coco-log on on the top of singgle crib, interspace crib, and double interspace crib are capable to handle 99 N/mm, 98 N/mm, and 185 N/mm load combination based on ASD respectively, so the capacity of each structure are 396 kN, 588 kN, and 1110 kN. Based on LRFD, the load combination looks like 1,296 times greater than ASD. The difference appears because of the different load combination format, so it doesn’t mean that LRFD will save material than ASD. The material size justified by LRFD or ASD will be similar. Material efficiency of double interspace crib is the best than two others. The material efficiency of single crib, interspace crib, and double interspace crib are 5,08 kN/m (71 kN/tree); 5,76 kN/m (81 kN/tree); and 8,81 kN/m respectively.

The best

structure should have capacity near enough with actual demand, so it could be justified after evaluating the actual load combination.

Keyword: reconstruction, cribbing, coconut log, ASD, LRFD.

v

© Hak cipta milik IPB, tahun 2008 Hak cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa seizin IPB

vi

DESAIN TUMPUKAN GELUGU (KELAPA GELONDONGAN) SEBAGAI PENYANGGA TEROWONGAN PERTAMBANGAN DALAM FORMAT ASD DAN LRFD

EFFENDI TRI BAHTIAR

Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan

SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008

vii

Judul Tesis : Desain Tumpukan Gelugu (Kelapa Gelondongan) sebagai Penyangga Terowongan Pertambangan dalam Format ASD dan LRFD. Nama : Effendi Tri Bahtiar NIM : E051040011

Disetujui

Komisi Pembimbing

Prof. Ir. HM Surjono Surjokusumo, MSF, PhD Ketua

Dr. Ir. Naresworo Nugroho, M.S. Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan

Dr. Ir. Rinekso Soekmadi, M.Sc.

Tanggal Ujian: 4 Januari 2008

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, M.S.

Tanggal Lulus: 4 Januari 2008

viii

PRAKATA Penulis memanjatkan puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Terima kasih penulis sampaikan kepada Prof Ir. HM Surjono Surjokusumo, MSF, PhD dan dan Dr. Ir. Naresworo Nugroho, MS selaku pembimbing atas arahan, bimbingan dan saran yang diberikan. Ucapan terimakasih juga tidak lupa kami sampaikan kepada rekan-rekan di Bagian Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB yang telah memberikan saran, nasehat, dan semangat kepada penulis agar dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Penulis telah mencurahkan segenap kemampuan untuk menghasilkan karya ilmiah yang baik, namun ibarat tak ada gading yang tak retak, penulis yakin masih terdapat kekurangan di berbagai tempat. Oleh karena itu saran dan masukan dari berbagai pihak sangat diharapkan untuk perbaikan dan perkembangan ilmu desain dan rekayasa kayu di masa datang. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Januari 2008 Effendi Tri Bahtiar

ix

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Pacitan, sebuah kota kecil yang tenang di Pantai Selatan Jawa Timur, pada tanggal 12 Pebruari 1976. Penulis terlahir dari rahim Siti Chotijah dari perkawinan yang sah dengan Rukin Hadi Prasetyo, dan merupakan anak bungsu dari tiga bersaudara. Tahun 1995 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Pacitan dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Teknologi Hasil Hutan, Jurusan Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan dan lulus pada tahun 2000. Kesempatan untuk melanjutkan ke program magister pada perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2004 dengan sponsor dari Beasiswa Pendidikan Pasca Sarjana (BPPS) Departemen Pendidikan Nasional. Sejak tahun 2000 penulis bekerja sebagai staf pengajar di Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB, dan sampai saat ini ditempatkan di Bagian Desain dan Rekayasa Bangunan Kayu.

x

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL .................................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xv DAFTAR NOTASI .................................................................................................. xvi I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang .............................................................................................. 1 B. Perumusan Masalah....................................................................................... 6 C. Tujuan Penelitian ........................................................................................... 7 D. Manfaat Penelitian ........................................................................................ 7 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Struktur Cribbing Kayu Penyangga Terowongan........................................ 8 B. Kayu Kelapa .................................................................................................. 10 C. Desain Struktur .............................................................................................. 12 III. METODOLOGI A. Waktu dan Tempat ........................................................................................ 29 B. Alat dan Bahan .............................................................................................. 29 C. Metode Penelitian .......................................................................................... 29 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Rekonstruksi Gelugu ..................................................................................... 34 B. Desain Tumpukan Gelugu Penyangga Terowongan .................................... 67 V. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan ........................................................................................................ 81 B. Saran .............................................................................................................. 81 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 83 LAMPIRAN ............................................................................................................. 85

xi

DAFTAR TABEL No

Judul Tabel

Halaman

1. Kombinasi Pembebanan (ANSI dan AF&PA 2005) .......................................... 2. Faktor-faktor Penyesuaian untuk Kayu Gergajian (ANSI dan AF&PA 2005) ... 3. Faktor-faktor Penyesuaian untuk Glulam Struktural (ANSI dan AF&PA 2005) ...................................................................................................................... 4. Faktor Lama Pembebanan (ANSI dan AF&PA 2005) ........................................ 5. Faktor Kadar Air untuk Kayu Gergajian .............................................................. 6. Faktor Kadar Air untuk Glulam (ANSI dan AF&PA 2005) ............................... 7. Faktor Suhu, Ct (ANSI dan AF&PA 2005) ......................................................... 8. Panjang Efektif pada Berbagai Kondisi Pembebanan (ANSI dan AF&PA 2005) ...................................................................................................................... 9. Koefisien Variasi Beberapa Produk Kayu (ANSI dan AF&PA 2005) ............... 10. Faktor Bentuk untuk Kayu Gergajian yang Dipilah secara Visual .................... 11. Faktor Posisi Baring untuk Kayu Gergajian ........................................................ 12. Faktor Posisi Baring untuk Glulam Struktural ..................................................... 13. Faktor Tatal (Ci) untuk Kayu Gergajian (ANSI dan AF&PA 2005)................... 14. Bearing Area Factor (Cb) ...................................................................................... 15. Faktor Konversi Format, KF (ANSI dan AF&PA 2005) ..................................... 16. Faktor Tahanan ()(ANSI dan AF&PA 2005) .................................................. 17. Kombinasi Pembebanan dan Pasangan Faktor Pengaruh Waktunya (ANSI dan AF&PA 2005) ............................................................................................ 18. Berat Sortimen Gelugu dari Pohon 1................................................................ 19. Berat Sortimen Gelugu dari Pohon 2................................................................ 20. Volume Sortimen Gelugu dari Pohon 1 Berdasarkan Rumus Silindris (V1), Kerucut Terpancung (V2), dan Benda Putar (V3) ............................................. 21. Volume Sortimen Gelugu dari Pohon 2 Berdasarkan Rumus Silindris (V1), Kerucut Terpancung (V2), dan Benda Putar (V3) ............................................. 22. Kerapatan Sortimen Gelugu dari Pohon 1 dan 2 .............................................. 23. Modulus Elastisitas Longitudinal (EL) Gelugu ................................................ 24. Modulus Elastisitas Arah Transversal (E) Gelugu ........................................ 25. Modulus Geser Sortimen Gelugu ..................................................................... 26. Poisson’s Rasio Kayu Rataan (Bodig dan Jayne 1982).................................... 27. MOR Kayu Kelapa ckbc pada Titik Kritisnya ................................................. 28. MOR Sortimen Gelugu..................................................................................... 29. Tegangan Ijin Lentur (Fb) Sortimen Gelugu .................................................... 30. Tegangan Ijin Sortimen Gelugu sesuai Kelas Mutu SKI-C-bo-010-1987 ....... 31. Batang-batang Kritis dan Kombinasi Beban Merata Maksimum pada Tumpukan Gelugu Tunggal (ASD) .................................................................. 32. Batang-batang Kritis dan Kombinasi Beban Merata Maksimum pada Tumpukan Gelugu Tunggal (LRFD) ................................................................ 33. Batang-batang Kritis dan Kombinasi Beban Merata Maksimum pada Tumpukan gelugu Berseling (ASD dan LRFD) ............................................... 34. Batang-batang Kritis dan Kombinasi Beban Merata Maksimum pada Tumpukan Gelugu Berseling Ganda (ASD dan LRFD) ................................... 35. Efisiensi Struktur Tumpukan Gelugu ...............................................................

16 18 18 19 20 20 21 22 22 23 24 25 25 27 28 28 28 40 41 43 43 44 51 52 53 58 65 66 68 69 74 75 76 78 79

xii

DAFTAR GAMBAR No

Judul Gambar

Halaman

1. Alur Logis pada Analisis Struktur (Vable 2007) .............................................. 2. Struktur (A) Cribbing Kayu dan (B) Pancang di Terowongan Pertambangan Amerika Bagian Barat. (Barczak dan Tadolini, 2007) ..................................... 3. Struktur (A) Confined Core Crib, (B) Can Support, (C) Hercules Crib, (D) Link-N-Lock Crib (E) Propsetter Support (Barczak dan Tadolini 2007).......... 4. Timber Square Set pada Tahun 1900-an (Forest Service 2007) ....................... 5. Kurva Tegangan dan Regangan (a. Ductile Material, b. Brittle Material) (Nash, 1972) ........................................................................................................ 6. Faktor Lama Pembebanan untuk Bermacam Lama Pembebanan (ANSI dan AF&PA 2005) ..................................................................................................... 7. Faktor Panjang Efektif untuk Berbagai Kondisi Kolom Tekan (ANSI dan AF&PA 2005) ..................................................................................................... 8. Kolom Tekan (ANSI dan AF&PA 2005)........................................................... 9. Alur Penelitian..................................................................................................... 10. Model Rekonstruksi Kayu Kelapa untuk Estimasi Kerapatan Gelugu ............. 11. Gelugu yang Menerima Beban Tekan ................................................................ 12. Kurva SR ckbc Diplotkan Bersama-sama Tegangan Normal ........................... 13. a. Tumpukan Gelugu Tunggal, b. Tumpukan Gelugu Berseling, c. Tumpukan Gelugu Berseling Ganda ..................................................................................... 14. Kerapatan Kayu Kelapa ckbc Pohon 1 Berdasarkan Posisi (a) Horisontal (b) Vertikal; dan Pohon 2 Berdasarkan Posisi (c) Horisontal (d) Vertikal ............. 15. Model Rekonstruksi Gelugu Berbentuk Kerucut Terpancung (Silindris Bertaper) (Penampang Lingkaran Ujung berjari-jari R1 dan Pangkal R0, serta Tinggi T1-T0) ....................................................................................................... 16. Modulus Elastisitas Kayu Kelapa ckbc Pohon 1 Berdasarkan Posisi (a) Horisontal (b) Vertikal; dan Pohon 2 Berdasarkan Posisi (c) Horisontal (d) Vertikal ................................................................................................................ 17. Gelugu yang Menerima Beban Tekan ................................................................ 18. Deformasi Akibat Beban Aksial: a) Tekan, b) Tarik ......................................... 19. Diagram Momen Lentur dan Gaya Lintang pada Balok Lentur Sederhana dengan Beban Tunggal Terpusat di Tengah Bentang ........................................ 20. MOR Kayu Kelapa ckbc Pohon 1 Berdasarkan Posisi (a) Horisontal (b) Vertikal; dan Pohon 2 Berdasarkan Posisi (c) Horisontal (d) Vertikal ............. 21. Tegangan Normal akibat Beban Lentur ............................................................. 22. Kurva Kuadratik SR ckbc Diplotkan Bersama-sama Tegangan Normal ........... 23. Kurva Pola Sebaran SR ckbc dan Tegangan Normal pada Gelugu ................... 24. Fungsi Kerusakan akibat Tegangan Normal ...................................................... 25. Posisi Titik Kritis Awal Kerusakan Gelugu akibat Tegangan Normal ............. 26. Tumpukan Gelugu Tunggal ................................................................................ 27. Bentuk Tumpuan antar Lapisan .......................................................................... 28. Material yang Digunakan (a) dan Beban yang Bekerja (b) pada Tumpukan Gelugu Tunggal ................................................................................................... 29. First Moment of Area Lingkaran ........................................................................ 30. Tumpukan Gelugu Berseling ..............................................................................

1 3 3 8 12 19 26 27 30 31 32 33 33 36

38

47 49 54 55 60 61 62 62 63 64 69 70 70 71 76

xiii

31. Material yang Digunakan (a) dan Beban (b) yang Bekerja pada Tumpukan Gelugu Berseling................................................................................................. 77 30. Tumpukan Gelugu Berseling Ganda................................................................... 78 31. Material yang Digunakan (a) dan Beban yang Bekerja (b) pada Tumpukan Gelugu Berseling Ganda ..................................................................................... 78

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

No

Judul Lampiran

Halaman

1. Tumpukan Gelugu Tunggal ................................................................................ 85 2. Perhitungan Kombinasi Beban Maksimum Tumpukan Gelugu Tunggal (Tegangan Aksial, ASD dan LRFD) ................................................................. 86 3. Perhitungan Kombinasi Beban Maksimum Tumpukan Gelugu Tunggal (Tegangan Geser, ASD dan LRFD) .................................................................. 91 4. Perhitungan Kombinasi Beban Maksimum Tumpukan Gelugu Tunggal (Momen Lentur, ASD dan LRFD) .................................................................... 96 5. Tumpukan Gelugu Berseling .............................................................................. 101 6. Perhitungan Kombinasi Beban Maksimum Tumpukan Gelugu Berseling (Tegangan Aksial, ASD dan LRFD) ................................................................. 102 7. Perhitungan Kombinasi Beban Maksimum Tumpukan Gelugu Berseling (Tegangan Geser, ASD dan LRFD) .................................................................. 109 8. Perhitungan Kombinasi Beban Maksimum Tumpukan Gelugu Berseling (Momen Lentur, ASD dan LRFD) .................................................................... 116 9. Tumpukan Gelugu Berseling Ganda................................................................... 123 10. Perhitungan Kombinasi Beban Maksimum Tumpukan Gelugu Berseling Ganda (Tegangan Aksial, ASD dan LRFD) ..................................................... 124 11. Perhitungan Kombinasi Beban Maksimum Tumpukan Gelugu Berseling Ganda (Tegangan Geser, ASD dan LRFD) ....................................................... 133 12. Perhitungan Kombinasi Beban Maksimum Tumpukan Gelugu Berseling Ganda (Momen Lentur, ASD dan LRFD) ......................................................... 142

xv

DAFTAR NOTASI 

: besar sudut

l

: panjang kolom aktual



: deformasi

le

: panjang kolom efektif

L

: deformasi arah longitudinal

r

: jarak arah radial (horisontal)

R

: jari-jari

t

: jarak arah tinggi (vertikal)

ST : deformasi akibat beban jangka pendek

T

: tinggi

T

: defleksi total

v

: volume

M

: defleksi akibat momen lentur

AF : faktor penyesuaian

’

: defleksi akibat gaya geser



: faktor pengaruh waktu

y

: deformasi pada sumbu y



: faktor tahanan



: kerapatan

Cb

: bearing area factor



: regangan

Cc

: faktor lengkungan



: tegangan

CD

: faktor lama pembebanan

t

: tegangan tarik

CF

: faktor bentuk



: tegangan geser horisontal

Cfu

: faktor posisi baring

Ci

: faktor tatal

CL

: faktor stabilitas balok lentur

LT : deformasi akibat beban jangka panjang

Q : kombinasi beban format LRFD Q : kombinasi beban format ASD

CM : faktor kadar air

ij

: Poisson’s rasio untuk deformasi arah j akibat beban arah i

CP

: faktor stabilitas kolom

Cr

: faktor komponen ganda

: luas penampang

Ct

: faktor suhu

Anetto : luas penampang netto

Cv

: faktor volume

b

: lebar

d

: besar sudut elementer

d

: tebal

dr

: jarak arah radial elementer

L

: panjang

dt

: jarak vertikal elementer

A

xvi

dw

: berat elementer

M

: momen

dv

: volume elementer

P

: beban (gaya aksial)

E

: modulus elastisitas

Pt

: beban tarik

Ef

: modulus elastisitas tampak

Qy

: first momen of area

EL

: modulus elastisitas arah longitudinal

Rn

: kuat acuan (format LRFD)

Emin : modulus elastisitas minimum

R2(adj): koefisien determinasi terkoreksi

ER

: modulus elastisitas arah radial

SR

: MOR (modulus of rupture)

ET

: modulus elastisitas arah tangensial

W

: berat

V

: gaya lintang

f

: fungsi z

: peubah boneka

f(r,t): pola sebaran kerapatan fE(r,t): pola sebaran MOE Fx

: tegangan ijin

Fb

: tegangan ijin lentur

Fc

: tegangan ijin sejajar serat

Fc : tegangan ijin tekan tegak lurus serat Fpatah : tegangan patah Ft

: tegangan ijin tarik

Fv= Fs: tegangan ijin geser Gij

: modulus geser bidang ij

GL : modulus geser bidang L (LR atau LT) I

: momen inersia

K

: koefisien geser

Ke

: faktor panjang efektif

KF

: faktor konversi format

xvii