BAB II STUDI PUSTAKA
II.1
Umum Kebutuhan kayu sebagai salah satu bahan konstruksi selain material beton dan
baja terus meningkat, terutama dalam penggunaan kayu sebagai material yang memiliki nilai estetika tinggi. Kayu merupakan material yang berasal dari tumbuh – tumbuhan yang banyak terdapat di hutan. Kayu yang digunakan sebagai material struktur pada umumnya diambil kayu yang berasal dari pepohonan. Menurut Peraturan Konstruksi Kayu 2002 (PKKI 2002), dari 3000-4000 jenis pohon yang ada di Indonesia baru sekitar 150 jenis yang telah diselidiki dan dianggap penting dalam perdagangan. Dari jumlah tersebut sebagian merupakan jenis kayu yang penting sebagai bahan struktur. Lembaga Pusat Penyelidikan Kehutanan telah menyusun daftar kayu Indonesia yang terdiri dari 90 jenis kayu penting di Indonesia. Dari berbagai jenis kayu yang ada di hutan alam kita, hanya ada beberapa jenis saja yang digunakan dan tersedia di pasaran. Kayu sebagai bahan bangunan merupakan alasan mayoritas hadirnya kayu di berbagai perusahaan kayu seperti panglong. Industri pengolahan kayu hilir seperti seperti moulding, mebel, mengolah bahan baku yang berasal dari industri kayu gergajian, demikian juga panglong yang merupakan industri sekunder yang mengolah kayu bail itu kayu gergajian maupun produk kayu lanjutan. Beberapa jenis kayu yang sering dipakai adalah kayu damar (Agathisalba), meranti merah, (Shorea leprosula) dan durian (Durio zibethinus) adalah jenis – jenis
kayu yang banyak digunakan di industri – industri penggergajian dan pengerjaan kayu. Sifat pemesinan kayu yang baik dan mudah diolah serta kualitas hasil pengolahan yang baik adalah alasan banyak pengusaha industri dan masyarakat gemar memakai jenis kayu ini. Sebagaimana diketahui bahan ketersediaan kayu semakin menurun baik dari sisi kuantitas maupun kualitas. Pada tahun 1980-an kayu bangunan didominasi jenis - jenis kayu tertentu seperti kapur, kempas, jati, merbau, ulin yang termasuk jenis – jenis kayu kelas kuat dan kelas awet cukup (Rudi, 2002). Menurut Benny (1992), di dalam perdagangan, kayu umumnya mempunyai ukuran – ukuran tertentu yang biasanya banyak dipakai ntuk bangunan rumah . Masing- masing bentuk dan ukuran dikenal dengan nama – nama sebagai berikut : 1. Balok : Mempunyai ukuran tinggi lebih besar dari lebarnya, biasanya terbentuk empat persegi panjang atau bujur sangakar , misalnya b/h (cm) = 6/12, 6/15, 8/12, 8/14, 10/10, 12/12. 2. Papan : Berupa lembaran tipis yang lebarnya jauh lebih besar dari tebalnya misalnya (cm) = 2/20, 3/20, 3/25. 3. Ram : Yaitu papan untuk membuat rangka daun pintu dengan ukuran (cm) =3/10, 3/12 4. Kaso/usuk : Yaitu balok kecil dengan ukuran (cm) = 4/6, 5/7 5. Reng : Yaitu kecil dengan ukuran (cm) = 2/3, biasa dipakai untuk penumpu genteng. 6. Plepet : Kayu kecil dengan ukuran (cm) = 1/3, 1/5 biasanya untuk klem kaca pada kosen jendela atau lis penutup sambungan eternit. Material kayu memiliki 4 unsur esensial bagi manusia yaitu : 1. Selulosa, unsur ini merupakan komponen terbesar pada kayu, meliputi 70 % berat kayu.
2. Lignin, merupakan komponen pembentuk kayu yang meliputi 18% - 28% dari berat kayu. Komponen tersebut berfungsi sebagai pengikat satuan srtukturil kayu dan memberikan sifat keteguhan kepada kayu. 3. Bahan-bahan ekstrasi, komponen ini yang memberikan sifat pada kayu, seperti : bau, warna, rasa, dan keawetan. Selain itu, karena adanya bahan ekstrasi ini, maka kayu bisa didapatkan hasil yang lain misalnya: tannin, zat warna, minyak, getah, lemah, malam, dan lain sebagainya. 4. Mineral pembentuk abu, komponen ini tertinggal setelah lignin dan selulosa terbakar habis. Banyaknya komponen ini 0.2% - 1% dari berat kayu. Sebagai salah satu bahan yang digunakan sebagai konstruksi, kayu memliki beberapa keunggulan dan kekurangan dibandingkan dengan bahan konstrusi lainnya seperti beton dan baja. Keunggulan Kayu : 1. Material kayu merupakan material yang murah dan mudah untuk dikerjakan. 2. Mempunyai kekuatan yang cukup tinggi dan bobotnya lebih rendah jika dibandingkan dengan material beton dan baja. 3. Mempunyai daya penahan tinggi terhadap pengaruh listrik karena bersifat isolasi. 4. Bila terjadi kerusakan pada struktur, konstruksi kayu dapat lebih mudah diperbaiki dan waktu yang dibutuhkan lebih cepat dibandingkan konstruksi baja dan beton. 5. Bila perawatannya dilakukan secara teratur, maka material kayu dapat tahan lama. Kelemahan Kayu :
1. Material kayu merupakan material yang kurang homogen, karena merupakan hasil dari alam. 2. Material kayu merupakan material yang terdapat cacat – cacat. 3. Jika dibandingkan material beton dan baja, material kayu merupakan material yang lebih mudah terbakar, sehingga penggunaanya sebagai bahan untuk konstruksi industri tidak tepat. 4. Dapat memuai dan menyusut sesuai dengan perubahan kelembaban pada materialnya. 5. Lendutan yang terjadi dengan pembebanan yang sama pada material beton dan baja lebih besar. Penilaian dan perbandingan teknis antara kayu dengan bahan – bahan konstruksi lain seperti baja dan beton berdasarkan anggapan – anggapan dalam perhitungan dapat kita lihat sebagai berikut : 1. Homogenitas (Serba kesamaan) Untuk keperluan – keperluan praktis, baja dianggap homogeny artinya bagian – bagian dalam baja mempunyai sifat – sifat fisis yang sama,walaupun mikroskopis baja sebenarnya tidak homogeny karena terdiri dari bermacam – macam kristal dengan sifat – sifat yang berlainan. Sedangkan kayu yang terdiri dari serat – serat, tentunya tidak dapat disebut homogen. Namun dalam prakteknya kayu dianggap bersifat homogen tentunya dengan memperhatikan cacat – cacat yang terdapat pada kayu tersebut. 2. Dalam segi batas proporsional, kayu dan beton lebih menguntungkan dibandingkan dengan baja. Berdasarkan penyelidikan – penyelidikan yang telah di lakukan, pada pembebanan tekan, batas proporsional dicapai pada
75% dari tegangan patah. Untuk pembebanan tariknya, penyelidikan menunjukkan angka yang lebih menguntungkan lagi. 3. Pada pembebanan tekan kayu bersifat elastis sampai batas proporsionalnya. Sedangkan
pada
pembebanan
tarik,
elastisitas
kayu
bergantung
kepadakadar air / kadar lengas kayu itu sendiri. Untuk kayu dengan kadar air kecil, kayu memiliki batas elastisitas yang rendah, sedangkan untuk kayu dengan kadar air tinggi, kayu dapat mengalami perubahan bentuk yang permanen walau dengan pembebanan yang kecil. 4. Dari beberapa penyelidikan yang dilakukan, terdapat perbedaan antara masing – masing penyelidikan. Ada penyelidikan yang menyebutkan bahwa angka modulus kenyal untuk tarikan lebih tinggi 4 – 5% daripada tekanan. Ada juga penyelidikan yang menyebutkan bahwa angka modulus kenyal untuk tarikan lebih rendah 10 % dibandingkan tekanan. Tetapi kedua penyelidikan tersebut sama – sama menegaskan bahwa kekuatan tarik kayu lebih tinggi daripada kekuatan tekan yaitu yang satu angka – angka 2 – 2.5 kali lebih besar dan yang lain angka – angka yang 2.5 – 3 lebih besar. Meskipunadanya perbedaan dalam modulus kenyal antara tarik dan tekan, namun sangat penting penggunaan teori elastisitas. Pada keadaaan praktis, atau di lapangan, perbedaan antara modus kenyal tersebut akan ditiadakan oleh efek perbedaan dalam penentuan tegangan – tegangan izin tarik dan tekan kayu. 5. Penyelidikan – penyelidikan yang telah dilakukan menunjukkan terdapat penyimpangan dari anggapan yang menyebutkan bahwa tampang tetap rata dalam analisa balok terlentur guna mempermudah perhitungan.
6. Material kayu merupakan bahan nonisotropis seperti baja, sifat – sifat elastisitasnya tergantung dari arah gaya terhadap arah serat – serat dan cincin – cincin pertumbuhan. Untuk keperluan – keperluan praktis, kayu dapat dianggap ortotropis, yaitu mempunyai tiga bidang simetri elastis yang tegak lurus satu dengan lainnya, yaitu longitudional, tangensial, dan radial,dimana sumbu longitudinal adalah sejajar serat – serat, sumbu tangensial adalah garis singgung cincin – cincin pertumbuhan dan sumbu radial adalah tegak lurus pada cincin – cincin pertumbuhan.
Gambar 2.01 Bidang simetris kayu
Susunan kayu terdiri dari susunan sel-sel, dan sel-sel tersebut terdiri dari susunan “cellose” yang diikat dan disatukan oleh “lignine”. Perbedaan susunan sel-sel inilah yang menyebabkan perbedaan sifat-sifat dari berbagai jenis. Berikut akan di uraikan bagian – bagian kayu yang terlihat pada potongan melintang kayu yaitu :
C.KAMBIUM
Gambar 2.02 Bagian – bagian kayu
1. Kulit Kayu (Bark) Merupakan bagian terluar kayu yang berfungsi melindungi bagian dalam kayu. Terdiridari : a. Kulit Dalam (Phloem / Bast) Merupakan lapisan yang lunak, basah, berpori besar seperti spon dan berfungsi untuk menyaluran makanan dari daun ke bagian bawah. Pada lapisan dalam ini terdapat bebapa zat kimia seperti : getah, tannis dan sebagainya. b. Kulit luar (Cortex / Outer Bark) Merupakan lapisan yang sudah mati dank eras, berfungsi sebagai pelindung lapisan di dalamnya.
2. Kambium Lapisan yang berada di sebelah dalam kulit, berupa lapisan yang sangat tipis, tebalnya hanya berukuran mikroskopik. Bagian inilah yang memproduksi sel – sel kulit dan sel – sel kayu. Pada lapisan ini, sel – sel mampu berkembang biak dengan membelah diri. Bagian yang sebelah luar berkembang membentuk sel – sel jangat (kulit), sedangkan bagian dalam berkembang membentuk kayu baru. 3. Kayu Gubal (Sap wood) Merupakan lapisan yang memiliki tebal bervariasi antara 1 – 20 cm tergantung dari jenis kayunya, bewarna keputih – putihan, berfungsi sebagai pengangkut air (berikut zat – zat) dari tanah ke daun. Untuk keperluan struktur umumnya kayu perlu diawetkan dengan memasukkan bahan – bahan kimia kedalam lapisan kayu gubal ini. 4. Kayu teras atau galih (heart wood) Lapisan yang lebih tebal dari kayu gubal yang tidak bekerja lagi. Kayu teras terjadi dari perubahan kayu gubal secara perlahan – lahan . Kayu teras merupakan bagian utama pada struktur kayu yang biasanya lebih awet (terhadap serangan serangga, bubuk, jamur) daripada kayu gubal. 5. Hati (puh) Merupakan lapisan yang terletak di pusat lingkaran tahun. Pada mulanya hati kayu merupakan pohon muda yang pertama kali dibentuk kambium yang kemudian menjadi pusat dari pohon yang tumbuh selanjutnya, yang merupakan komposisi lunak dari sel – sel yang telah mati. Hati kayu bersifat rapuh dan lunak, sehingga tidak berguna sebagai kayu untuk konstruksi.
6. Lingkaran tahun (Annual ring) Batas antara kayu yang terbentuk pada permulaan dan pada akhir suatu musim. Melalui lingkaran-lingkaran tahun ini dapat diketahui umur pohon. Apabila pertumbuhan diameter (membesar) terganggu oleh musim kering karena pengguguran daun, ataupun serangga/hama, maka lingkaran tahun dapat terdiri lebih dari satu lingkaran tahun (lingkaran tumbuh) dalam satu musim yang sama. Hal ini disebut lingkaran palsu. Lingkaran tahun dapat mudah dilihat pada beberapa jenis kayu daun lebar. Pada jenis- jenis lain, lingkaran tahun ada kalanya sulit dibedakan terutama di daerah tropic, karena pertumbuhan praktis berlangsung sepanjang tahun. 7. Jari – jari kayu (Rays) Merupakan lapisan yang dari luar ke dalam berpusat pada sumbu batang, berfungsi sebagai tempat saluran bahan makanan yang mudah diproses di daun guna pertumbuhan pohon.
II.2 Sifat – sifat Kayu Kayu berasal dari berbagai jenis pohon yang memiliki sifat-sifat yang berbeda-beda. Bahkan dalam satu pohon, kayu mempunyai sifat yang berbeda-beda. Untuk itu, dalam penggunaan kayu sebagai bahan konstruksi, diperlukan pemilihan berdasarkan sifat – sifat yang dimiliki kayu tersebut. A.
Sifat Umum Secara umum, kayu memiliki beberapa sifat yaitu : 1. Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam-macam dan susunan dinding selnya terdiri dari senyawa kimia berupa selulosa dan hemi selulosa (karbohidrat) serta lignin (non karbohidrat).
2. Semua kayu bersifat anisotropik, yaitu memperlihatkan sifat-sifat yang berlainan jika diuji menurut tiga arah utamanya (longitudinal, radial dan tangensial).
Tetapi untuk keperluan – keperluan praktis kayu dapat
dianggap sebagai Ortotropis, yang artinya mempunyai tiga bidang simetri elastis yang tegak lurus, yaitu Longitudinal (aksial), Tangensial, dan Radial. Dimana sumbu Longitudinal (aksial) adalah sejajar serat – serat, sumbu Tangensial adalah garis singgung cincin – cincin pertumbuhan, dan sumbu Radial adalah tegak lurus pada cincin – cincin pertumbuhan. Perubahan dimensi kayu akibat dari pengeringan dari perubahan suhu, kelembaban, pembebanan mekanis juga menunjukkan sifat kayu anisotropis. 3. Kayu merupakan bahan yang bersifat higroskopis, yaitu dapat menyerap atau melepaskan kadar air (kelembaban) sebagai akibat perubahan kelembaban dan suhu udara disekelilingnya. 4. Kayu dapat diserang oleh hama dan penyakit dan dapat terbakar terutama dalam keadaan kering. Sifat Fisik Kayu
B.
Sifat Fisis. Sifat fisis kayu meliputi : 1. Berat Jenis Kayu Berat jenis adalah rasio antara kerapatan suatu bahan dengan kerapatan air. Berat jenis disebut juga kerapatan relative (Tsoumis, 1991). Simpson, et.al, (1999) mengemukakan bahwa berat jenis adalah rasio antara kerapatan kayu dengan kerapatan air pada kondisi anomali air (4,4 °C), dimana kerapatan air pada kondisi tersebut besarnya adalah 1 g/cm³. Untuk
menentukan berat jenis digunakan berat kering oven dan volume pada (a) basah, (b) kering oven, dan (c) pada kadar air 12% (Forest Products Laboratory, 1999). Di Amerika lebih disukai ukuran berat jenis kayu menurut volume berat basah, sedang di Eropa lebih senang dengan volume berat kering tanur. Besarnya berat jenis pada tiap-tiap kayu berbeda-beda dan tergantung dari: kandungan zat-zat dalam kayu, kandungan ekstraktif serta kandungan air kayu. Berdasarkan volume basahnya, berat jenis kayu akan mencerminkan berat kayunya. Klasifikasi yang ada terdiri dari : a. Kayu dengan berat ringan, bila BJ kayu < 0,3 b. Kayu dengan berat sedang, bila BJ kayu 0,36 – 0,56 c. Kayu dengan berat berat, bila BJ kayu > 0,56 Faktor-faktor yang mempengaruhi berat jenis kayu yaitu umur pohon, tempat tumbuh, posisi kayu dalam batang dan kecepatan tumbuh. Berat jenis kayu merupakan salah satu sifat fisik kayu yang penting sehubungan dengan penggunaannya (Pandit dan Hikmat, 2002). Berat suatu kayu tergantung dari jumlah zat kayu, rongga sel, kadar air dan zat ekstraktif didalamnya, Berat suatu jenis kayu berbanding lurus dengan BJ-nya.
Pada umumnya Kayu
mempunyai berat jenis yang berbeda-beda, berkisar antara BJ minimum 0,2 (kayu balsa) sampai BJ 1,28 (kayu nani), makin tinggi BJ kayu, kayu semakin berat dan semakin kuat pula. Kayu yang berasal dari bagian pangkal umumnya sudah terbentuk kayu dewasa (mature wood), yaitu massa kayu yang didominasi oleh kayu akhir dengan sel-sel penyusunnya memiliki didnding sel yang tebal dan
rongga sel yang kecil, sehingga kerapatannya juga lebih tinggi. Selain itu kayu pada bagian pangkal juga sudah terbentuk kayu teras yang lebih banyak. Pada bagian ujung tersusun atas jaringan yang masih muda, dimana secara fisiologis jaringan tersebut masih berfungsi aktif sehingga dinding selnya relatif lebih tipis dibanding dengan dinding sel jaringan yang sudah tua. Haygreen dan Bowyer (2003) mengemukakan bahwa semakin tinggi berat jenis dan kerapatan kayu, semakin banyak kandungan zat kayu pada dinding sel yang berarti semakin tebal dinding sel tersebut. Percobaan untuk mendapatkan berat jenis biasanya dilakukan dengan cara menimbang suatu benda pada suatu timbangan dengan tingkat keakuratan yang diperlukan. Untuk praktisnya , digunakan timbangan dengan ketelitian 20 % , yaitu sebesar 20 gr / kg . Sedangkan untuk menentukan volume , ada beberapa cara untuk memperoleh besarnya volume suatu benda . Cara yang umum dan mudah dilakukan adalah dengan mengukur panjang , lebar dan tebal suatu benda dan mengalikan ketiganya . Untuk kayu , sebaiknya ukuran sampel tidak kurang dari ukuran dari 7.5 cm x 5 cm x 2.5 cm, tetapi bila ukuran sampel kurang dari tersebut, maka cara yang digunakan untuk mendapatkan volume adalah dengan metode pencelupan. Pada metode ini penggunaan pan berisi air yang diletakkan pada timbangan ayun. Kemudian timbangan diseimbangkan dengan meletakkan pemberat pada sisi lainnya. Sampel lalu dimasukkan kedalam pan dan dibenamkan kedalam air . Diatur agar air tidak keluar dari dalam pan , dan diatur juga agar sampel tidak menyentuh sisi – sisi samping dan bawah pan dengan memasang jarum sebagai kaki – kaki sampel . Seimbangkan timbangan dengan menambah pemberat pada sisi lain . Berat pemberat yang
ditambahkan untuk mencapai keseimbangan ( dalam Gr ) adalah sama dengan nilai volume sampel ( dalam cm 3 ) . Karena kayu sebagai material dengan daya serap yang tinggi, maka diperlukan bahan lain untuk melapisi sampel sehingga air tidak ada yang masuk ke dalam kayu. Bahan tersebut haruslah bahan yang tipis, kedap air, serta memiliki berat yang sangat kecil. Parafin merupakan bahan yang sesuai. Sebelum sampel dimasukkan kedalam air, terlebih dahulu sampel dimasukkan kedalam cairan parafin yang mendidih sampai keseluruhan permukaan sampel ditutupi parafin . Kelebihan parafin pada permukaan yang dihaluskan dan diratakan sehingga permukaan parafin tidak terlalu tebal . 2. Kadar Air Kadar air merupakan banyaknya air yang terdapat dalam kayu yang dinyatakan dalam persen terhadap berat kering tanurnya. Air dalam kayu terdapat dalam dua bentuk yaitu air bebas yang terdapat pada rongga sel dan air terikat (imbibisi) yang terdapat pada dinding sel. Kondisi dimana dinding sel jenuh dengan air sedangkan rongga sel kosong, dinamakan kondisi kadar air pada titik jenuh serat. (Simpson, et.al, 1999; Brown, et al., 1952). Kadar air titik jenuh serat besarnya tidak sama untuk setiap jenis kayu, hal ini disebabkan oleh perbedaan struktur dan komponen kimia. Pada umumnya kadar air titik jenuh serat besarnya berkisar antara 25-30% (Panshin, et.al,1964). Tsoumis (1991) mengemukakan bahwa besarnya titik jenuh serat berkisar antara 20-40%. Pengujian untuk mengetahui kadar air kayu dilakukan dengan menyiapkan benda uji yang berukuran 7 x 50 x 50 mm yang diambil dari contoh uji menurut bagian kayu (juvenil, gubal dan teras) dan posisi batang
(pangkal, tengah dan ujung), ditimbang beratnya (Bo), kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 103 ± 2 °C ditimbang kembali untuk mengetahui berat akhir kering oven (B1). Perhitungan kadar air adalah sebagai berikut : Kadar air basah
=
x 100 %
Kadar air kering udara=
x 100 %
Apabila kayu mengering dibawah titik jenuh serat , dinding sel menjadi semakin padat sehingga mengakibatkan serat – seratnya menjadi kokoh dan kuat . Maka dapat diambil suatu kesimpulan bahwa turunnya kadar air mengakibatkan bertambahnya kekuatan kayu . Pada umumnya kayu – kayu di Indonesia yang kering udara mempunyai kadar air ( kadar lengas ) antara 12 % - 18 % , atau rata – rata
adalah 15 %.
3. Cacat Kayu Secara material, cacat kayu dapat mempengaruhi kekuatan kayu, yang pada akhirnya berpengaruh terhadap kekuatan struktur kita. Sebagai bahan alami, ada beberapa cacat fisik kayu yang tidak bisa kita hindari, namun bisa dikurangi. Sulit dihindari karena cacat tersebut adalah sebagai bagian dari kayu, alami terbentuk dan terbuat pada waktu pertumbuhan pohon. Secara umum, cacat fisik kayu berupa : 1. Mata kayu Kayu dikatakan kasar apabila mengandung mata kayu. Mata kayu ini tidak sama sifatnya dengan kayu-kayu di sekelilingnya. Kadang-kadang keras sekali kadang-kadang lunak, selalu mengadakan perubahan arah serat. 2. Cacat retak-retak
Cacat retak-retak ini terdapat di dekat hati, retak lingkaran tahun dan retak angin. 3. Hati yang busuk Cacat ini sukar dilihat sebelum pohon ditebang. Biasanya terdapat pada pohon yang sudah tua dan besar batangnya 4. Cacat lapuk Kayu yang masih muda bilamana ditumpuk terlalu lama dan belum dikuliti cepat menjadi cacat lapuk. Kelapukan ini dipengaruhi oleh susunan penumpukan dan kelembaban udara. 5. Cacat lapuk Kayu memiliki warna-warna alami yang sangat bervariasi. Umumnya kayu gubal berwarna lebih muda atau lebih terang dibandingkan kayu teras. Sedangkan kayu teras memiliki variasi warna yang lebih banyak, utamanya coklat dengan berbagai macam corak. Karena warna tersebut kayu teras biasanya lebih disukai daripada kayu gubal. Beberapa jenis kayu diberi perlakuan khusus misalnya direndam atau diberi uap untuk menggelapkan warnanya. Selanjutnya Mandang dan Pandit (1997) menyatakan bahwa warna kayu berkisar dari hampir putih sampai hitam, ada yang polos dan ada pula yang terdiri atas dua macam warna atau lebih, sehingga tampak seperti ada coraknya. Corak yang ada pada suatu jenis kayu dapat ditimbulkan oleh : 1. Perbedaan warna antara kayu awal dan kayu akhir dari lingkar tumbuh, seperti pada kayu jati dan tusam. 2. Perbedaan warna jaringan. Pada kayu bintangur misalnya, parenkim pita berwarna coklat merah, sedangkan warna jaringan lainnya
merah muda.Parenkim pita pada kayu bintangur ini menimbulkan corak bergaris pada bidang radial dan tangensial. 3. Perbedaan intensitas pewarnaan pada lapisan-lapisan kayu yang dibentuk dalam jangka waktu yang berlainan. Pada kayu ebony misalnya, ada lapisan-lapisan yang berwarna coklat atau coklat merah dan ada lapisan-lapisan yang berwarna hitam. Pada bidang radial dan tangensial akan tampak sebagai jalur-jalur warna coklat merah dan hitam bergantian. Kayu yang berasal dari pohon yang lebih tua dapat mempunyai warna yang lebih tua (lebih gelap) bila dibandingkan dengan bagian kayu yang berasal dari pohon yang lebih muda dari jenis yang sama. Kayu yang kering berbeda warnanya bila dibandingkan dengan warna kayu yang basah. Kayu yang sudah lama tersimpan di tempat terbuka warnanya bisa lebih gelap atau lebih terang dibandingkan dengan kayu yang segar, ini tergantung kepada keadaan (cuaca, angin, sinar dan sebagainya). Pada umunya warna dari suatu jenis kayu bukan merupakan warna yang murni, tetapi merupakan warna campuran dari beberapa jenis warna, sehingga dalam penampilannya sulit untuk dapat dinyatakan secara tepat dengan kata-kata (Pandit dan Ramdan, 2002). Zat Ekstraktif Sebagai Pemberi Warna Alami Kayu Tsoumis (1991) menyatakan bahwa warna kayu disebabkan oleh bahan yang dapat diekstrak (tanin dan sebagainya) yang disebut ekstraktif. Ekstraktif adalah bahan kimia dalam kayu yang dapat dilarutkan dalam pelarut netral seperti air, eter, alkohol, benzen dan aseton. Kandungan ekstraktif dalam kayu bervariasi mulai kurang
dari 1% hingga lebih dari 10% dan dapat mencapai 20% untuk kayu-kayu tropis. Selanjutnya Brown et al (1952) menyatakan bahwa setiap jenis pohon mengandung satu atau beberapa macam zat ekstraktif dan hanya sedikit jenis pohon yang mengandung semua zat ekstraktif. Achmadi (1990) menyatakan bahwa flavonoid, stilbena, tanin dan antosianin merupakan golongan zat warna ekstraktif kayu. Kemudian Hillis (1987) menyatakan bahwa flavonoid merupakan senyawa yang menyebabkan kayu teras berwarna merah, kuning, coklat atau biru. Begitu juga Uprichard (1993) yang menyatakan bahwa polifenol dan tanin pada kayu daun lebar memiliki kontribusi yang besar pada warna kayu, khususnya warna kayu teras dan pada waktu dulu beberapa kayu daun lebar dijadikan bahan pencelup. Sedangkan Sjostrom (1981) menyatakan bahwa fenolik yang terdapat di dalam kayu teras, kulit dan sedikit di dalam xilem mempunyai fungsi sebagai fungisida dan selain itu juga berfungsi meningkatkan pewarnaan kayu. Zat ekstraktif dipengaruhi oleh kondisi pertumbuhan. Sebagai contoh, perbedaanperbedaan warna pada kayu walnut dari lokasi geografis yang berbeda, berhubungan dengan sifat-sifat tanah. Perbedaan zat kimia ekstraktif memungkinkan untuk membedakan antara jenis kayu atau membuat pewarnaan terhadap kayu teras tidak berwarna dengan aplikasi zat-zat kimia. Beberapa kayu seperti black locust, honey locust dan beberapa jenis kayu tropis mengalami fluorescent karena zat ekstraktifnya (Tsoumis, 1991). 6. Serat, tekstur dan kesan raba
Arah serat adalah arah umum sel-sel kayu terhadap sumbu batang pohon. Arah serat dapat dibedakan berdasarkan oleh alur – alur yang tedapat pada permukaan kayu menjadi serat lurus, serat berpadu, serat berombak, serta terpilin dan serat diagonal (serat miring). Jika alurnya sejajar sumbu batang maka kayu berserat lurus. Jika serat agak menyimpang sumbu batang dikatakan serat mencong. Serat mencong dibagi lagi menjadi serat berpadu, serat berombak, serat berpilin dan serat diagonal. Serat dikatakan berpadu jika arah serat menyimpang berselang seling kekiri dan kekanan secara bergantian terhadap sumbu batang. Serat berombak, arah seratnya menggambarkan permukaan yang berbentuk ombak. Serat berpilin jika arah seratnya membuat gambaran terpilin seolah – olah batang kayu mengelilingi sumbu. Serat diagonal yaitu serat yamg dapat pada potongan kayu atau papan yang digergaji sedmikian rupa sehingga tepinya tidak sejajar arah sumbu tetapi memebentuk sudut dengan sumbu. 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). 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. 7. Keawetan
Keawetan adalah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsurunsur 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 berubah menjadi kayu teras sehingga pada umumnya kayu teras lebih awet dari kayu gubal. Lembaga Penelitian hasil Hutan membagi keawetan kayu di Indonesia dalam lima kelas awet. Ang dimasukkan dalam kelas-kelas awet dibawah ini harus dapat bertahan. Tabel 2.01 Kelas awet kayu Kelas Awet Selalu berhubungan dengan tanah lembab Hanya terbuka terhadap angin dan iklim tetapi dilindungi terhadap Dibawah atap pemasukan airtidak dan berhubungan dengan tanah pelemasan lembab dan dilindungi terhadap kelemasan Seperti diatas tetapi tidak dipelihara dengan baik
I
II
III
IV
V
8 tahun
5 tahun
3 tahun
Sangat pendek
20 tahun
15 tahun
10 tahun
Beberap a tahun
Tak terbatas
Tak terbatas
Tak terbatas
Beberap a tahun
Tak terbatas
Tak terbatas
Tak terbatas
20 tahun
Sangat pende k Sangat pende k Sangat pende k 20 tahun
8. 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 umum dikenal misalnya bau bawang (kulim), bau zat penyamak (jati), bau kamper (kapur) dsb.
9. Nilai Dekoratif
Gambar kayu tergantung dari pola penyebaran warna, arah serat, tekstur, dan pemuncula n riap-riap tumbuh dalam pola-pola tertentu. Pola gambar ini yang membuat sesuatu jenis kayu mempunyai nilai dekoratif. 10. Higroskopis Kayu mempunyai sifat dapat menyerap atau melepaskan air. Makin lembab udara disekitarnya makin tinggi pula kelembaban kayu sampai tercapai keseimbangan dengan lingkungannya. Dalam kondisi kelembaban kayu sama dengan kelembaban udara disekelilingnya disebut kandungan air keseimbangan (EMC = Equilibrium Moisture Content). 11. Sifat Kayu terhadap Suara -
Sifat akustik, yaitu kemampuan untuk meneruskan suara berkaitan erat dengan elastisitas kayu.
-
Sifat resonansi, yaitu turut bergetarnya kayu akibat adanya gelombang suara. Kualitas nada yang dikeluarkan kayu sangat baik, sehingga kayu banyak dipakai untuk bahan pembuatan alat musik (kulintang, gitar, biola dll).
12. Daya Hantar Panas Sifat daya hantar kayu sangat jelek sehingga kayu banyak digunakan untuk membuat barang-barang yang berhubungan langsung dengan sumber panas. 13. 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 kayu mengandung air maksimum (kayu basah), maka daya hantarnya boleh dikatakan sama dengan daya hantar air. 14. Pengerutan dan Pengembangan Kayu Pengerutan dan pengembangan kayu dimaksudkan adalah suatu keadaan perubahan bentuk pada kayu yang disebabkan oleh tegangantegangan dalam, sebagai akibat dari berkurangnya atau bertambahnya kadar air kayu. Pengerutan terjadi karena dinding-dinding maupun isi sel kehilangan sebagian besar kadar airnya, ini juga terjadi pada seratseratnya. Begitu pula sebaliknya. Besarnya pengerutan maupun pengembangan pada berbagai jenis kayu dan arah kayu adalah tidak sama. T = Pengerutan kayu arah tangensial ± 7 % - 10 %. R = Pengerutan kayu arah radial ± 5 %. A = Pengerutan kayu arah aksial (longitudinal) ± 0.1 % (sangat kecil, dapat diabaikan). Pengerutan kayu dalam arah lingkaran-lingkaran pertumbuhan (tangensial) lebih besar daripada arah radial, karena dapat ditemui bahwa di sebelah luar batang, sel-selnya masih muda dan banyak mengandung kadar air. Pada pengeringan batang kayu glondong, keliling mengerut hampir dua kali jari-jari yaitu sebanyak garis tengah, sehingga terjadi rengat-rengat pengeringan. Jika pada batang yang belum dikeringkan (basah) digergaji menjadi papan atau balok akan melipat atau melentur. Secara teoritis, besarnya pengerutan berbanding
lurus dengan banyaknya air yang keluar setelah dikeringkan. Contohnya, bila suatu batang kayu mempunyai lebar asal pada arah tangensial, pada kadar air 20 % adalah 26 cm. Setelah dikeringkan lebarnya menjadi 24 cm, maka pengerutan kayu arah tangensial dalam persen (%) adalah = C.
Sifat Mekanis Kayu Sifat mekanika biasanya merupakan syarat-syarat terpenting bagi pemilihan
kayu sebagai bahan struktural misalnya untuk konstruksi bangunan, palang-palang lantai, tiang listrik, kerangka perabot rumah tangga, alat-alat olah raga, alat kedokteran dan lain-lain. Panshin dan de Zeeuw (1980) mendefinisikan sifat mekanika kayu sebagai kekuatan atau kemampuan kayu untuk menahan gaya gaya atau beban dari luar yang mengenainya. Gaya adalah setiap usaha yang cenderung untuk menggerakkan benda yang diam, atau mengubah bentuk dan ukurannya, atau mengubah arah dan kecepatan benda yang bergerak. Ada beberapa macam gaya yang dapat bekerja pada benda yang disebut gaya primer yaitu : 1. Gaya yang mengakibatkan pemendekan ukuran atau memperkecil volume benda disebut gaya tekan (compressive stress). 2. Gaya yang cenderung untuk menambah dimensi atau volume benda disebut gaya tarik (tensile stress). 3. Gaya yang mengakibatkan satu bagian benda bergeser terhadap bagian benda yang lain disebut gaya geser (shearing stress). 4. Gaya lengkung (bending stress) adalah hasil kombinasi semua gaya primer yang menyebabkan terjadinya pelengkungan.
Sifat – sifat mekanis kayu meliputi : 1. Keteguhan Tarik Keteguhan tarik adalah kekuatan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha menarik kayu. Terdapat 2 (dua) macam keteguhan tarik yaitu : a. Keteguhan tarik sejajar arah serat dan b. Keteguhan tarik tegak lurus arah serat. Kekuatan tarik terbesar pada kayu ialah keteguhan tarik sejajar arah serat. Kekuatan tarik tegak lurus arah serat lebih kecil daripada kekuatan tarik sejajar arah serat. Gaya tarik berusaha melepas ikatan antara serat – serat kayu tersebut. Sebagai akibat dari gaya tarik (P), maka timbullah didalam kayu tegangan - tegangan tarik, yang harus berjumlah sama dengan gaya – gaya luar P. Bila gaya tarik ini membesar sedemikian rupa, serat – serat kayu terlepas dan terjadilah patahan. Dalam suatu konstruksi bangunan, hal ini tidak boleh terjadi untuk menjaga keamanan . Tegangan tarik yang masih diizinkan dimana tidak timbul suatu perubahan atau bahaya pada kayu, disebut tegangan tarik yang diizinkan dengan notasi :
tr // dalam satuan kg / cm ². Misalnya ,
Gambar 2.03 Kuat tarik searah dan melintang serat
Untuk kayu dengan mutu E24 tegangan tarik yang diizinkan dalam arah serat adalah 560 kg / cm² (
tr // = 560 kg / cm² )
2. Keteguhan Tekan Keteguhan tekan/kompresi adalah kekuatan kayu untuk menahan muatan/beban. Terdapat 2 (dua) macam keteguhan tekan yaitu : a. Keteguhan tekan sejajar arah serat Gaya tekan yang bekerja sejajar serat kayu akan menimbulkan bahaya tekuk pada kayu tersebut . Pada semua kayu, keteguhan tegak lurus serat lebih kecil daripada keteguhan kompresi sejajar arah serat, namun dapat menimbulkan retak pada kayu Batang – batang yang panjang dan tipis seperti papan, bahaya kerusakan karena menerima gaya tekan sejajar serat adalah lebih besar, jika dibandingkan dengan gaya tekan tegak lurus serat kayu. Sebagai akibat adanya gaya tekan ini akan menimbulkan tegangan tekan pada kayu. Tegangan tekan yang terbesar dimana tidak menimbulkan adanya bahaya disebut tegangan tekan yang diizinkan, dengan notasi ,
tr dalam satuan kg / cm ²
Gambar 2.04 Tekanan searah dan melintang serat
3. Keteguhan Geser Keteguhan geser adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya-gaya yang membuat suatu bagian kayu tersebut turut bergeser dari bagian lain di dekatnya. Akibat gaya geser ini, maka akan timbul tegangan geser pada kayu. Terdapat 3 (tiga) macam keteguhan yaitu : a.Keteguhan geser sejajar arah serat b.Keteguhan geser tegak lurus arah serat dan c.Keteguhan geser miring Keteguhan geser tegak lurus serat jauh lebih besar dari pada keteguhan geser sejajar arah serat.Tegangan geser terbesar yang tidak akan menimbulkan bahaya pada pergeseran serat kayu disebut tegangan geser yang diizinkan , dengan notasi
dengan satuan kg/cm².
Gambar 2.05 Geser searah dan melintang serat kayu
4. Keteguhan Lengkung (Lentur) Keteguhan lengkung/lentur adalah kekuatan untuk menahan gaya-gaya yang berusaha melengkungkan kayu atau untuk menahan beban mati maupun hidup selain beban pukulan. Terdapat 2 (dua) macam keteguhan yaitu : a. Keteguhan lengkung statik, yaitu kekuatan kayu menahan gaya yang mengenainya secara perlahan-lahan. b. Keteguhan lengkung pukul, yaitu kekuatan kayu menahan gaya yang mengenainya secara mendadak. 5. Keteguhan Belah Keteguhan belah adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha membelah kayu. Sifat keteguhan belah yang rendah sangat baik dalam pembuatan sirap dan kayu bakar. Sebaliknya keteguhan belah yang tinggi sangat baik untuk pembuatan ukir-ukiran (patung). Pada umumnya kayu mudah dibelah sepanjang jari-jari (arah radial) dari pada arah tangensial. Ukuran yang dipakai untuk menjabarkan sifat-sifat keku-atan kayu atau sifat mekaniknya dinyatakan dalam kg/cm2. Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mekanik kayu secara garis besar digolongkan menjadi dua kelompok : a. Faktor luar (eksternal): pengawetan kayu, kelembaban lingkungan, pembebanan dan cacat yang disebabkan oleh jamur atau serangga perusak kayu. b. Faktor dalam kayu (internal): BJ, cacat mata kayu, serat miring dsb. 6. Kekakuan Kekakuan adalah kemampuan kayu untuk menahan perubahan bentuk atau lengkungan. Kekakuan tersebut dinyatakan dalam modulus elastisitas. 7. Keuletan
Keuletan adalah kemampuan kayu untuk menyerap sejumlah tenaga yang relatif besar atau tahan terhadap kejutan-kejutan atau tegangan-tegangan yang berulang-ulang yang melampaui batas proporsional serta mengakibatkan perubahan bentuk yang permanen dan kerusakan sebagian. 8. Kekerasan Kekerasan adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya yang membuat takik atau lekukan atau kikisan (abrasi). Bersama-sama dengan keuletan, kekerasan merupakan suatu ukuran tentang ketahanan terhadap pengausan kayu. 9. Kekuatan Kekuatan adalah kemampuan kayu untuk menahan perubahan bentuk. Pada umumnya dapat dikatakan bahwa kayu-kayu yang berat sekali juga kuat sekali, dan bahwa kekuatan, kekerasan dan sifat tekik lainnya adalah berbanding lurus dengan berat jenisnya. Tetapi perbandingan ini tidak selalu cocok. Lembaga Pusat Penyelidikan Kehutanan membagi kekuatan kayu Indonesia dalam 5 kelas kuat didasarkan kepada jenis kayu tersebut: Tabel 2.02 Kelas kuat kayu Kelas Kuat
Berat Jenis
Kuat Tarik Absolute (kg/m³)
Kuat Tekan Absolute (kg/m³)
Kelas I
≥ 0.90
≥ 1100
≥ 650
Kelas II
0.90 – 0.60
1100 – 725
650 – 425
Kelas III
0.60 – 0.40
725 – 500
425 – 300
Kelas IV
0.40 – 0.30
500 – 360
300 – 215
< 0.30
< 360
< 215
Kelas V
D.
Kayu Damar Genus Agathis, umumnya disebut damar, atau dalam bahasa Maori disebut
kauri, adalah genus dari 21 spesies pohon yang berdaun sepanjang tahun dari famili konifer purba Araucariaceae. Meskipun dahulunya menyebar luas selama periode Jurasik, sekarang mereka hanya ditemukan di daerah yang lebih kecil di belahan Bumi selatan. Pohon-pohon ini bercirikan batang yang sangat besar dan percabangan sedikit atau tidak pada beberapa bagian ke atas. Pohon muda biasanya berbentuk kerucut; hanya saat dewasa tajuknya menjadi lebih membulat atau tidak beraturan. Kulit kayunya lembut dan berwarna abu-abu muda atau cokelat abu-abu, biasanya mengelupas menjadi serpihan-serpihan yang menebal pada pohon yang lebih tua. Struktur cabangnya seringkali horizontal, atau menaik saat lebih besar. Cabang paling bawah seringkali meninggalkan luka cabang melingkar bila mereka tanggal dari batang yang berada lebih di bawah. Daun muda pada semua spesies Agathis lebih besar daripada daun tua, lebih atau kurang lancip, bermacam-macam bentuknya di antara spesies dari bentuk ovata (membulat telur) hingga lanceolata (panjang, lebar di tengah). Daun tua berlawanan, bentuk elips hingga linier, sangat kasar dan cukup tebal. Daun muda seringkali berwarna merah tembaga, kontras dengan dedaunan musim sebelumnya yang biasanya hijau atau hijau-berserbuk. Damar laut termasuk ke dalam famili Dipterocarpaceae. Memiliki habitus yakni tinggi 20-50 m, panjang batang bebas cabang 10-35 m, diameter sampai 160 cm, banir dapat mencapai tinggi 3,5 m. Kayu teras berwarna coklat muda atau kuningcoklat muda yang lambat laun menjadi coklat tua. Kayu gubal berwarna lebih muda dari kayu teras, tebal 2-12 cm, biasanya 4 cm. Permukaan kayu umumnya licin. Pada bidang radial kayu yang mempunyai arah serat berpadu nampak bagian yang licin dan bagian yang kesat. Permukaan kayu sedikit mengkilap sampai mengkilap. Pada bidang radial kayu yang
mempunyai arah serat berpadu nampak gambar berupa garis-garis. Pori sebagian besar soliter, sebagian bergabung 2-4 dalam arah radial, kadang-kadang dalam gabungan tangensial atau miring, berbentuk bundar atau lonjong, diameter 100-300 μ, frekuensi 2-10 per mm2, kadang-kadang sampai 14 pori per mm2, banyak berisi tilosis, bidang perforasi berbentuk sederhana. Parenkim termasuk tipe paratrakeal berbentuk selubung lengkap atau tidak lengkap yang sering kali bergabung dengan parenkim yang tersebar atau parenkim apotrakeal yang berbentuk pita tangensial pendek. Jari-jari homogen, sempit dan pendek, frekuensi 6-8 per mm, kadang-kadang berisi endapan berwarna coklat. Saluran interselular hampir selalu lebih kecil dari pada pori, hanya terdapat dalam arah aksial merupakan deretan tangensial panjang atau kadang-kadang pendek, biasanya berisi endapan berwarna putih. Penyusutan sampai kering udara pada S.leavis 1,5% (R) dan 3,1 (T); S.maxwelliana 1,7 % (R) dan 3,5 % (T).(Martawijaya.,dkk 1981). Secara umum kayu damar memiliki ciri – cirri sebagai berikut : 1. Kayu teras berwarna keputíh-putihan sampaí kuning-coklat, kadangkadang semu-semu merah jambu. Kayu gubal tidak berbeda dengan kayu teras. 2. Tekstur kayu halus dan merata, Panjang serat 5.737 M dengan diameter 49,4 M tebal dindìng 8,5 p dan diameter lumen 32,414. Arah serat Arah serat Iurus atau kadang-kadang terpilín, Kesan raba Permukaan kayu Iícin, Permukaan kayu mengkilap, Pada bìdang radial nampak jelas bìntik-bintìk berwarna coklat dalam sel jan-jarì. 3. Pori Kayu tidak berpori, Parenkim tersebar dan berisì damar berwarna, Jari-jari homoselular, uniseriat, sangat sempìt sangat pendek dan jarang (6 per mm).
4. Kelas kuat kayu damar pada kelas II – III dan kelas awet pada kelas IV - V Kegunaan kayu meranti secara umum baik untuk meranti merah, meranti kuning dan meranti putih pada konstruksi ringan, perkakas rumah tangga, kayu lapis dan digunakan pada industri perkapalan digunakan pada kulit dan dudukan mesin. Untuk keperluan Tugas Akhir ini jenis meranti yang digunakan adalah meranti putih.
II. 3 Tegangan Bahan Kayu Istilah kekuatan atau tegangan pada bahan seperti kayu adalah kemampuan bahan untuk mendukung beban luar atau beban yang berusaha merubah bentuk dan ukuran bahan tersebut. Akibat beban luar yang bekerja ini menyebabkan timbulnya gaya – gaya dalam pada bahan yang berusaha menahan perubahan ukuran dan bentuk bahan. Gaya dalam ini disebut dengan tegangan yang dinyatakan dalam Pound / ft 2 . Dibeberapa negara satuan tegangan ini mengacu ke sistem Internasional ( SI ) yaitu N / mm 2 . Perubahan ukuran atau bentuk ini dikenal sebagai deformasi atau regangan. Jika tegangan yang bekerja kecil maka regangan atau deformasi yang terjadi juga kecil dan jika tegangan yang bekerja besar maka deformasi yang terjadi juga besar. Jika kemudian tegangan dihilangkan maka bahan akan kembali kebentuk semula. Kemampuan bahan untuk kembali kebentuk semula tergantung pada besar sifat elastisitasnya. Jika tegangan yang diberikan melebihi daya dukung serat maka serat – serat akan putus dan terjadi kegagalan atau keruntuhan. Deformasi sebanding dengan besarnya beban yang bekerja sampai pada satu titik . Titik ini adalah Limit Proporsional. Setelah melewati titik ini besarnya deformasi akan bertambah lebih cepat dari besarnya beban yang diberikan . Hubungan antara beban dan deformasi ditunjukkan pada gambar II.7 berikut .
Kayu memiliki beberapa tegangan, pada satu jenis tegngan nilainya besar dan untuk jenis tegangan yang lain nilainya kecil. Sebagai contoh tegangan tekan cenderung memperpendek kayu sedangkan tegangan tarik akan memperpanjang kayu. Biasanya kayu akan menderita kombinasi dari beberapa tegangan yang terjadi secara bersamaan meski salah satu jenis tegangan lebih mendominasi. Kemampuan untuk melentur bebas dan kembali kebentuk semula tergantung kepada elastisitas, dan kemampuan untuk menahan terjadinya perubahan bentuk disebut dengan kekakuan. Modulus elastisitas adalah ukuran hubungan antara tegangan dan regangan dalam limit proporsional yang memberikan angka umum untuk menyatakan kekakuan atau elastis suatu bahan. Semakin besar modulus elastisitas kayu, maka kayu tersebut semakin kaku. Istilah getas digunakan untuk mendeskripsikan deformasi yang terjadi sebelum patah. Dapat diperhatikan bahwa sifat getas ini bukan menyatakan kelemahan. Sebagai contoh, besi tuang dan kapas adalah bahan yang getas, walaupun besarnya beban yang dibutuhkan untuk mengakibatkannya hancur sangat berbeda. Dalam mencari karakteristik kekuatan kayu ada dua cara yang dapat dilakukan. Pertama, dengan pengujian langsung di lapangan. Kedua, dengan penelitian. Karena pelaksanaan pengujian di lapangan memerlukan biaya yang besar maka pengujian dengan penelitian merupakan alternatif pemilihan. Pada penelitian ada 2 (dua) jenis pengujian yang dapat dilakukan. Pengujian dengan menggunakan sampel kecil dan pengujian kayu sebagai struktural. Pengujian dengan menggunakan sampel penting untuk tujuan komparatif, yang memberikan indikasi bahwa sifat-sifat kekuatan setiap jenis-jenis kayu berbeda. Karena pengujian dirancang untuk menghindari pengaruh kerusakan lain, sehingga hasilnya tidak menunjukkan beban aktual yang mampu diterima dan faktor yang harus digunakan
untuk mendapatkan tegangan kerja yang aman. Pengujian kayu dengan bentuk struktural lebih mendekati kondisi penggunaan yang sebenarnya. Secara khusus dianggap penting karena dapat mengamati kerusakan seperti pecah-pecah. Kelemahan pada pengujian ini adalah memerlukan biaya yang besar dan pekerjaannya sulit karena membutuhkan kayu dalam jumlah yang besar dan butuh waktu yang lebih lama. Selain itu, faktor pemilihan bahan dalam ukuran yang besar dengan kualitas yang seragam menjadi sangat penting dibandingkan dengan pemilihan sampel dalam ukuran kecil. Pengujian dengan menggunakan sampel kecil telah memiliki standar pengujian. Karena sifat kekuatan kayu sangat dipengaruhi oleh kandungan air, pengujian dapat dilakukan dalam kondisi terpisah. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan material kayu yang memiliki kandungan standar. Pengujian dilakukan pada bahan kering udara dengan kadar air yang diketahui dan angka-angka kekuatan tersebut dikoreksi terhadap kandungan air standar. Ketelitian dibutuhkan untuk mengeliminasi faktor-faktor yang dapat membuat variasi sifat kekuatan. Pengujian dengan sampel kecil dari jenis-jenis kayu yang berbeda-beda kini telah dilakukan, dan banyak batasan data yang diperoleh. Angka-angka yang diterbitkan untuk kayu yang berbeda-beda dapat dibandingkan dengan metode pengujian yang telah distandarkan. Angka-angka ini sendiri dapat dipakai dalam memperhitungkan tegangan kerja karena faktor koreksi telah diperhitungkan. Umumnya secara empiris hanya sedikit karakteristik kekuatan kayu yang diketahui. Sebagai contoh adalah kualitas kayu oak, kayu jati, dan kayu damar sebagai bahan struktur. Hasil pengujian berdasarkan nilai tegangan dan regangan dari kayu tersebut. Nilai tegangan diperoleh dari besarnya beban per luas penampang yang dibebani, dinyatakan dalam N/mm².
Ada beberapa jenis tegangan yang dapat dialami oleh suatu material, yaitu tegangan tekan (Compression Strength), tegangan tarik (Tensile Strength), dan tegangan lentur (Bending Strength). Pada tegangan tekan, material mengalami tekanan pada luasan tertentu yang menyebabkan timbulnya tegangan pada material dalam menahan tekanan tersebut sampai batas keruntuhan dan diambil sebagai nilai tegangan tekan. Demikian pula dengan tarikan, tegangan tarik timbul akibat adanya gaya dalam pada material yang berusaha menahan beban tarikan yang terjadi. Kemampuan maksimum material menahan tarikan adalah sebagai sebagai tegangan tarik. Secara teoritis, semakin ringan kayu maka semakin kurang kekuatannya, demikian juga sebaliknya. Pada umumnya dapat dikatakan bahwa kayu-kayu yang berat sekali juga kuat sekali. Kekuatan, kekerasan dan sifat teknik lainnya adalah berbanding lurus dengan berat jenisnya. Tentunya hal ini tidak terlalu sesuai, karena susunan dari kayu tidak selalu sama. Salah satu sifat mekanik kayu yang sangat penting dalam analisis tahanan sambungan adalah kuat tumpu kayu disekitar alat sambung (dowel bearing strength). Pengujian kuat tumpu kayu dapat dilakukan dengan cara seperti pada gambar berikut. Beban tumpu kayu ditentukan dengan metoda offset pada sesaran 0,05D (D adalah diameter alat sambung). Kemudian kuat tumpu kayu diperoleh dengan membagi beban tumpu pada metoda offset dengan luas bidang tekan yaitu diameter alat sambung dikalikan dengan tebal kayu. Kuat tumpu kayu dipengaruhi oleh kandungan air, berat jenis kayu, dan diameter alat sambung. Hasil pengujian Rammer dan Winistorfer (2001) menunjukkan bahwa kuat tumpu kayu pada kandungan air 15%,, 12%, 6%, dan 4% adalah berturut – turut sebesar 1,23 , 1,36, 1,63, 1,72 kali kuat tumpu kayu pada
kandungan air 20%. Smith (1988) melakukan pengujian kuat tumpu kayu dengan beberapa macam nilai berat jenis yang tergolong pada kayu lunak (soft woods) dan kayu keras (hard woods). Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa kuat tumpu kayu meningkat seiring dengan peningkatan berat jenis kayu. Wilkinson (1991) mengusulkan Persamaan (1) untuk menghitung kuat tumpu kayu. Persamaan (1) kemudian dipakai secara luas oleh banyak peraturan termasuk SNI-5 Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu (2002).
II.3 Kuat Acuan A.
Kuat Acuan Berdasarkan atas Pemilahan secara Mekanis Pemilahan secara mekanis untuk mendapatkan modulus elastisitas lentur harus
dilakukan dengan mengikuti standar pemilahan mekanis yang baku. Berdasarkan modulus elastisitas lentur yang diperoleh secara mekanis, kuat acuan lainnya dapat diambil mengikuti Tabel 2.03. Kuat acuan yang berbeda dengan Tabel 2.03 dapat digunakan apabila ada pembuktian secara eksperimental yang mengikuti standar – standar eksperimen yang baku.
Tabel 2.03 Nilai kuat acuan (Mpa) berdasarkan pemilahan secara mekanis pada kadar air 15% Kode Mutu
Kuat Lentur Fb
E26
Modulus Elastisitas Lentur Ew 26000
Kuat tekan sejajar serat Fc 46
Kuat Geser Fv
66
Kuat tarik sejajar serat Ft 60
6.6
Kuat tekan Tegak lurus Fc 24
E25
25000
62
58
45
6.5
23
E24
24000
59
56
45
6.4
22
E23
23000
56
53
43
6.2
21
E22
22000
54
50
41
6.1
20
E21
21000
56
47
40
5.9
19
E20
20000
47
44
39
5.8
18
E19
19000
44
42
37
5.6
17
E18
18000
42
39
35
5.4
16
E17
17000
38
36
34
5.4
15
E16
16000
35
33
33
5.2
14
E15
15000
32
31
31
5.1
13
E14
14000
30
28
30
4.9
12
E13
13000
27
25
28
4.8
11
E12
12000
23
22
27
4.6
11
E11
11000
20
19
25
4.5
10
E10
10000
18
17
24
4.3
9
Dimana :
Ew adalah Modulus elastisitas lentur Fb adalah Kuat lentur Fc⁄⁄ adalah Kuat tekan sejajar serat Ft⁄⁄ adalah Kuat tarik sejajar serat Fv adalah Kuat geser Fc adalah Kuat tekan tegak lurus serat
B.
Kuat Acuan Berdasarkan atas Pemilahan secara Visual Pemilahan secara visual mengikuti standar pemilahan secara visual yang baku.
Apabila pemeriksaan visual dilakukan berdasarkan pengukuran berat jenis, maka kuat acuan untuk kayu berserat lurus tanpa cacat dapat dihitung dengan menggunakan langkah – langkah sebagai berikut : a. Kerapatan ρ pada kondisi basah (berat dan volume diukur pada kondisi basah, tetapi kadar airnya lebih kecil dari 30%) dihitung dengan mengikuti prosedur baku. Gunakan satuan kg/m³ untuk ρ. b. Kadar air, m% (m<30), diukur dengan prosedur baku c. Hitung berat jenis pada m% (Gm) dengan rumus : Gm = ρ / [1.000 (1+m/100)] d. Hitung berat jenis dasar (Gb) dengan rumus : Gb = Gm / [1+0.265aGm] dengan a = (30-m)/30 e. Hitung berat jenis pada kadar air 15% (G₁₅) dengan rumus : G₁₅ = Gb/(1-0,133 Gb) f. Hitung estimasi kuat acuan dengan modulus elastisitas lentur (Ew) = 16500 G⁰⁷, dimana G = G₁₅ = berat jenis kayu pada kadar ai 15% Untuk kayu dengan serat tidak lurus dan/atau mempunyai cacat kayu, estimasi nilai modulus elastis lentur acuan pada point f harus direduksi dengan mengikuti ketentuan pada SNI (Standar Nasional Indonesia) 03-3527-1994 UDC (Universal Decimal Classification) 691.11 tentang “Mutu Kayu Bangunan“ yaitu Henny Sahara : Kombinasi Alat Penyambung Paku Dan Baut Pada Kolom Pendek Kayu Meranti Dengan Pembebanan Aksial Tekan Berdasarkan Pkki Ni-5 2002 (Eksperimen), 2010.
Dengan mengalikan estimasi nilai modulus elastis lentur acuan tersebut dengan nilai rasio tahanan yang ada pada Tabel 2.04 yang bergantung pada kelas mutu kayu . Kelas mutu kayu ditetapkan dengan mengacu pada Tabel 2.05 Tabel 2.04 Nilai rasio tahanan berdasarkan kelas mutu Kelas Mutu
Nilai Rasio Tahanan
Kelas A
0,80
Kelas B
0,63
Kelas C
0,50
Tabel 2.05 Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu Macam Cacat
Kelas Mutu A
Kelas Mutu B
Kelas Mutu C
Terletak di muka lebar
1/6 lebar kayu
1/4 lebar kayu
1/2 lebar kayu
Terletak di muka sempit
1/8 lebar kayu
1/5 lebar kayu
1/4 lebar kayu
Retak
1/5 tebal kayu
1/6 tebal kayu
1/2 tebal kayu
Pinggul
1/10 tebal atau lebar kayu
1/6 tebal atau lebar kayu
1/4 tebal atau lebar kayu
Arah serat
1 : 13
1:9
1:6
Saluran damar
1/5 tebal kayu eksudasi tidak diperkenankan
2/5 tebal kayu
1/2 tebal kayu
Gubal
Diperkenankan
Diperkenankan
Diperkenankan
Lubang serangga
Diperkenankan asal terpencar dan ukuran dibatasi dan tidak ada tanda – tanda serangga hidup
Diperkenankan asal terpencar dan ukuran dibatasidan tidak ada tanda – tanda serangga hidup
Diperkenankan asal terpencar dan ukuran dibatasi dan tidak ada serangga hidup
Cacat lain (lapuk, hati rapuh, retak melintang)
Tidak diperkenankan
Tidak diperkenankan
Tidak diperkenankan
Mata Kayu :
II.4 Tata Cara Perencanaan Berdasarkan Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia 2002. Kekuatan / tahanan sambungan dianalisis berdasarkan moda kelelehan sambungan yang mungkin terjadi. Tahanan yang diperoleh kemudian disebut sebagai tahanan ultimit. Untuk mendapatkan tahanan ijin sambungan, maka tahanan ultimit harus dikalikan dengan faktor koreksi yang sesuai berdasarkan, jenis pembebanan, masa layan, dan jenis alat sambung itu sendiri. A.
Beban dan Kombinasi Pembebanan * Beban nominal Beban nominal adalah beban yang ditentukan didalam Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung, SKBI – 1.3.53.1987, SNI 03-1727-1989. Beban nominal yang harus ditinjau adalah sebagai berikut : -
D beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai,atap, plafon, partisi tetap, tangga dan peralatan layan tetap.
-
L beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk pengaruh kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain – lain.
-
La beban hidup atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak.
-
H beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan oleh genangan air.
-
W beban angin termasuk dengan memperhitungkan bentuk aerodinamika bangunan dan peninjauan terhadap pengaruh angin topan, puyuh,dan tornado bila diperlukan.
-
E beban gempa,yang ditentukan menurut SNI 03-1726-1969, atau penggantinya.
* Kombinasi Pembebanan Kecuali apabila ditetapkan lain,struktur, komponen struktur, dan sambungannya
harus
direncanakan
dengan
menggunakan
kombinasi
pembebanan berikut ini : 1. 1,4D 2. 1,2D + 1,6L + 0,5 (La atau H) 3. 1,2D + 1,6 (La atau H) + (0,5L atau 0,8W) 4. 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5 (La atau H) 5. 1,2D ± 1,0 W + 0,5L 6. 0,9D ± (1,3 atau 1,0E)
B.
Dasar Perencanaan * Modulus Elastisitas Lentur Modulus elastisitas lentur rerata terkoreksi, Ew’ yang digunakan dalam perencanaan, bergantung pada penggunaannya. Dalam kasus perencanaan dimana tahanan structural atau stabilitas ditentukan berdasarkan perhitungan maka harus digunakan nilai persentil ke lima terkoreksi,
Dengan 1,03 adalah factor koreksi dari nilai kepada nilai
bebas geser, dan
yaitu penyimpangan deviasi standar
=
yang ditabelkan
adalah koefisien variasi nilai
dibagi dengan nilai rerata
,
.
Pengecualian : Untuk glulam (kayu laminasi structural), faktor penyesuaian tersebut adalah 1,05 dan bukan 1,03. Modulus elastisitas lentur tidak perlu dikoreksi terhadap faktor waktu, λ * Modulus Elastisitas Lentur Tahanan rencana dihitung untuk setiap keadaan batas yang berlaku sebagai hasil kali antara tahanan terkoreksi, R’, faktor tahanan, Ø dan faktor waktu λ . Tahanan rencana harus sama dengan atau melebihi beban terfaktor,Ru’. Dengan R’ adalah tahanan terkoreksi untuk komponen struktur, elemen, atau sambungan, seperti tahanan lentur terkoreksi, M’,tahanan geser terkoreksi, V’ dan lain – lain. Begitu juga dengan Ru diganti dengan Mu, Vu, dan sebagainya untuk gaya – gaya pada komponen struktur atau sambungan. Tabel 2.06 Faktor tahanan Jenis
Simbol
Nilai
Tekan
0,90
Lentur
0,85
Stabilitas
0,85
Tarik
0,80
Geser / Puntir
0,75
Sambungan
0,65
Tabel 2.07 Faktor waktu Faktor Waktu (λ)
Kombinasi Pembebanan 1,4D
0,60
1,2 + 1,6L + 0,5(La atau H)
0,70 jika L dari gudang 0,8 jika L dari ruangan umum 1,25 jika L dari kejut
1,2D + 1,6(La atau H) + (0,5L atau 0,8H)
0,80
1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(La atau H)
1,00
1,2D ± 1,0E + 0,5L
1,00
0,9D ±(1,3W atau 1,0E)
1,00
* Faktor Koreksi a. Faktor Koreksi untuk Masa Layan Cm adalah faktor koreksi layan basah, untuk memperhitungkan pengaruh kadar air masa layan yang lebih tinggi dari pada 19% untuk kayu massif dan 16% untuk produk kayu laminasi terhadap kekuatan kayu. Nilai faktor koreksi layan basah dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2.08 Nilai faktor koreksi layan basah Fb
Ft
Fv
Fc
Fc
E
Balok Kayu
0,85*
1,00
0,97
0,67
0,80**
0,902
Balok kayu besar (125mm x x125mm atau yang lebih besar)
1,00
1,00
1,00
0,67
0,91
1,00
Lantai papan kayu
0,85
-
-
0,67
,
0,90
Glulam (kayu laminasi struktural
0,80
0,80
0,87
0,53
0,73
0,83
Ct adalah faktor koreksi temperature untuk memperhitungkan temperature layan lebih tinggi dari pada 38°C secara berkelanjutan. Tabel 2.09. Nilai faktor koreksi temperature Fb
Ft
Fv
Fc
Fc
E
Balok Kayu
0,85*
1,00
0,97
0,67
0,80**
0,902
Balok kayu besar (125mm x x125mm atau yang lebih besar)
1,00
1,00
1,00
0,67
0,91
1,00
Lantai papan kayu
0,85
-
-
0,67
,
0,90
Glulam (kayu laminasi struktural
0,80
0,80
0,87
0,53
0,73
0,83
Cpt
adalah
faktor
koreksi
pengawetan
kayu,
untuk
memperhitungkan pengaruh proses pengawetan terhadap produk – produk kayu dan sambungan. Nilai faktor koreksi ditetapkan berdasarkan spesifikasi pemasok, ketentuan, atau tata cara yang berlaku. Crt adalah faktor koreksi tahan api, untuk memperhitungkan pengaruh perlakuan tahan api terhadap produk – produk kayu dan sambungan. Nilai faktor koreksi ditetapkan berdasarkan spesifikasi pemasok, ketetuan, atau tata cara yang berlaku b. Faktor Koreksi Sambungan Tahanan lateral acuan sambungan harus dikalikan dengan faktor koreksi sambungan selain faktor koreksi masa layan. Untuk sambungan dengan alat sambung paku, baut, dan cincin belah, faktor koreksi sambungan dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2.10 Faktor koreksi untuk sambungan Paku
Diafragma (Cdi)
Baut
Cincin Belah
Ya
-
-
-
Ya Ya
Ya Ya
Kedalaman Penetrasi (Cd)
Ya
-
Ya
Serat ujung (Ceg)
Ya
-
-
Paku miring (Ctn)
Ya
-
-
Aksi Kelompok (Cg) Geometri (C∆)
* Komponen Struktur Tarik Dalam perencanaan komponen struktur tarik pada struktur kayu, komponen struktur tarik harus direncanakan untuk memenuhi ketentuan sebagai berikut
: Tu ≤ λ Øt T’
Dengan Tu adalah gaya tarik terfaktor, λ adalah faktor waktu Øt adalah faktor tahanan tarik sejajar serat = 0,80 dan T’ adalah tahanan tarik terkoreksi. Tahanan tarik terkoreksi adalah hasil dari perkalian tahanan acuan dengan faktor – faktor koreksi , T’ = Ft’ An. Dengan Ft’ adalah kuat tarik sejajar serat terkoreksi dan An adalah luas penampang netto. * Komponen Struktur Tekan Dalam perencanaan komponen struktur tekan, komponen struktur tekan harus direncanakan sedemikian rupa sehingga, Pu ≤ λ Øc P’, dengan Pu adalah gaya tekan terfaktor, λ adalah faktor waktu , Øc adalah faktor tahanan tekan = 0,90. Tahanan terkoreksi adalah hasil dari perkalian tahanan acuan dengan faktor – faktor koreksi. Komponen struktur yang memikul gaya – gaya aksial setempat harus mendapatkan pendetailan tahanan dna kestabilan yang cukup pada daerah
bekerjanya gaya – gaya tersebut. Begitu pula komponen struktur harus memiliki tahanan rencana local dan stabilitas pelat bahan yang cukup pada tumpuan balok dan pada lokasi gaya – gaya transversal bekerja. Berikut ini merupakan cara dan syarat – syarat perhitungnan berdasarkan Peratutran Konstruksi Kayu Indonesia 2002. 1. Untuk batang yang menahan gaya tekan, panjang tekuk lk harus diambil sebesar jarak antara dua titik yang berurutan yang bebas dari tekanan. Bagian
konstruksi
yang
akan
menghindarkan
tekukan,
harus
diperhitungkan terhadap gaya dalam arah tekukan tersebut sebesar 1% dari gaya tekan yang terbesar yang bekerja pada batang – batang disampingnya. 2. Pada konstruksi rangka batang sebagai panjang tekuk harus diambil garis bagan 3. Pada batang yang sebuah ujungnya terjepit sedang ujung lainnya bebas, sebagai panjang tekuk harus diambil dua kali panjangn batang itu. 4. Yang disebut angka kelangsingan adalah : Λ= Lk
= panjang tekuk = jari – jari lembam minimum = Momen lembam minimum = luas tampang batang bruto Didalam suatu konstruksi tiap – tiap batang tertekan harus
mempunyai
. Untuk menghindari bahaya tekuk pada batang tertekan,
gaya yang ditahan oleh batang itu harus digandakan dengan faktor ω sehingga:
= tegangan yang terjadi = gaya yang terjadi = faktor tekuk
Tabel 2.11 Faktor tekuk untuk berbagai kelas kayu Tegangan tekuk yang diperkenankan untuk kayu dengan kelas kuat II III IV I kg/cm² kg/cm² kg/cm² kg/cm² 130 85 60 45
λ
Faktor tekuk ω
0
1,00
1
1,01
129
84
60
45
2
1,01
128
84
59
45
3
1,02
127
83
59
44
4
1,03
126
83
58
44
5
1,03
126
82
58
44
6
1,04
125
82
58
43
7
1,05
124
81
57
43
8
1,06
123
80
57
43
9
1,06
122
80
57
43
10
1,07
121
79
56
42
11
1,08
120
79
56
42
12
1,09
119
78
55
41
13
1,09
119
78
55
41
14
1,10
118
77
55
41
15
1,11
117
77
54
41
16
1,12
116
76
54
40
17
1,13
115
75
53
40
18
1,14
114
75
53
40
19
1,15
113
74
52
39
20
1,15
113
74
52
39
21
1,16
112
73
52
39
22
1,17
111
73
51
38
23
1,18
110
72
51
38
24
1,19
109
71
50
38
25
1,20
108
71
50
38
26
1,21
107
70
50
37
27
1,22
107
70
49
37
28
1,23
106
69
49
37
29
1,24
105
69
48
36
30
1,25
104
68
48
36
31
1,26
103
67
48
36
32
1,27
102
67
47
35
34
1,29
101
66
47
35
35
1,30
100
65
46
35
36
1,32
99
64
46
34
37
1,33
98
64
45
34
38
1,34
97
63
45
34
39
1,35
96
63
44
33
40
1,36
95
62
44
33
41
1,38
94
62
44
33
42
1,39
94
61
43
32
43
1,40
93
61
43
32
44
1,42
92
60
42
32
45
1,43
91
59
42
31
46
1,44
90
59
42
31
47
1,46
89
58
41
31
48
1,47
88
58
41
31
49
1,49
87
57
40
30
50
1,50
86
57
40
30
51
1,52
85
56
39
30
52
1,53
85
56
39
29
53
1,55
84
55
39
29
54
1,56
83
55
38
29
55
1,58
82
54
38
28
56
1,60
81
53
38
28
57
1,61
81
53
37
28
58
1,63
80
52
37
28
59
1,65
79
52
36
27
60
1,67
78
51
36
27
61
1,69
77
50
36
27
62
1,70
77
50
35
26
63
1,72
76
49
35
26
64
1,74
75
49
35
26
65
1,76
74
48
34
26
66
1,79
73
48
34
25
67
1,81
72
47
33
25
68
1,83
71
46
33
25
69
1,85
70
46
32
24
70
1,87
70
45
32
24
71
1,90
69
45
32
24
72
1,92
68
44
31
23
73
1,95
67
44
31
23
74
1,97
66
43
30
23
75
2,00
65
43
30
23
76
2,03
64
42
30
22
77
2,05
63
42
29
22
78
2,08
63
41
29
22
79
2,11
62
40
28
21
80
2,14
1
40
28
21
81
2,17
60
39
28
21
82
2,21
59
39
27
20
83
2,24
58
38
27
20
84
2,27
57
37
26
20
85
2,31
56
37
26
20
86
2,34
56
36
26
19
87
2,38
55
36
25
19
88
2,42
54
35
25
19
89
2,46
53
35
24
18
90
2,50
52
34
24
18
91
2,54
51
33
24
18
92
2,58
50
33
23
17
93
2,63
49
32
22
17
94
2,63
49
32
22
17
95
2,68
48
31
22
17
96
2,78
47
31
22
16
97
2,83
46
30
21
16
98
2,84
45
30
21
16
99
2,94
44
29
20
15
100
3,00
43
28
20
15
101
3,07
42
28
20
15
102
3,14
41
27
19
14
103
3,21
41
26
19
14
104
3,28
40
26
18
14
105
3,35
39
25
18
13
106
3,43
38
25
18
13
107
3,50
37
24
17
13
108
3,57
36
24
17
13
109
3,65
36
23
16
12
110
3,73
35
23
16
12
111
3,83
34
22
16
12
112
3,89
33
22
15
12
113
3,97
33
21
15
11
114
4,05
32
21
15
11
115
4,13
32
21
15
11
116
4,21
31
20
14
11
117
4,29
30
20
14
11
118
4,38
30
19
14
10
119
4,46
29
19
13
10
120
4,55
29
19
13
10
121
4,64
28
18
13
10
122
4,73
28
18
13
10
123
4,82
27
18
12
9
124
4,91
27
17
12
9
125
5,00
26
17
12
9
126
5,09
26
17
12
9
127
5,19
25
16
12
9
128
5,28
25
16
11
9
129
5,38
24
16
11
8
130
5,48
24
16
11
8
131
5,57
23
15
11
8
132
5,67
23
15
11
8
133
5,77
23
15
10
8
134
5,88
22
15
10
8
135
5,98
22
14
10
8
136
6,08
21
14
10
7
137
6,19
21
14
10
7
138
6,29
21
14
10
7
139
6,40
20
13
9
7
140
6,51
20
13
9
7
141
6,62
20
13
9
7
142
6,73
19
13
9
7
143
6,84
19
12
9
7
144
6,95
19
12
9
6
145
7,07
18
12
9
6
146
7,18
18
12
8
6
147
7,30
18
12
8
6
148
7,41
18
11
8
6
149
7,53
17
11
8
6
150
7,65
17
11
8
6
Nilai Kc untuk beberapa jenis kondisi kekangan ujung dan untuk keadaan dengan goyangan serta tanpa goyangan dapat ditentukan dengan menggunakan hubungan pada gambar berikut
II. 5
Sambungan
A.
Umum Karena alasan geometrik, pada kayu sering diperlukan sambungan untuk
memperpanjang kayu atau menggabungkan beberapa batang kayu. Sambungan merupakan bagian terlemah dari kayu. Kegagalan konstruksi kayu lebih sering disebabkan karena kegagalan sambungan kayu bukan karena material kayu itu sendiri. Kegagalan dapat berupa pecah kayu diantara dua sambungan, alat sambung yang membengkok atau lendutan yang melampaui lendutan izin. Beberapa hal yang menyebabkan rendahnya kekuatan sambungan kayu menurut Awaluddin ( Konstruksi kayu, 2000 ) adalah : 1. Pengurangan luas tampang.
Pemasangan alat sambung sepertu baut, pasak dan gigi menyebabkan luas efektif tampang berkurang sehingga kekuatannya juga menjadi rendah jika dibanding dengan kayu yang penampang utuh. 2. Penyimpangan arah serat Pada buhul sering terdapat gaya yang sejajar serat pada satu batang tetapi tidak dengan batang kayu yang lain. Karena kekuatan kayu yang tidak sejajar serat lebih kecil maka kekuatan sambungan harus didasarkan pada kekuatan kayu
yang
terkecil atau tidak sejajar serat. 3. Terbatasnya luas sambungan Jika alat sambung ditempatkan saling berdekatan pada kayu memikul geser sejajar serat maka kemungkinan pecah kayu sangat besar karena kayu memiliki kuat geser sejajar serat yang kecil. Oleh karena itu penempatan alat sambung harus mengikuti aturan jarak minimal antar alat sambung agar terhindar dari pecahnya kayu. Dengan adanya ketentuan jarak tersebut maka luas efektif sambungan ( luas yang dapat digunakan untuk penempatan alat sambung ) akan berkurang pula. Dengan kata lain, sambungan yang baik adalah sambungan dengan ciri–ciri sebagai berikut : 1. Pengurangan luas kayu yang digunakan untuk penempatan alat sambung relatif kecil bahkan nol. 2. Memiliki nilai banding antara kuat dukung sambungan dengan kuat ultimit batang yang disambung tinggi. 3. Menunujukkan perilaku pelelehan sebelum mencapai keruntuhan (daktail). 4. Memiliki angka penyebaran panas yang rendah. 5. Murah dan mudah di dalam pemasangannya.
Selain itu beberapa hal yang perlu diperhatikan pada perencanaan sambungan berkaitan dengan rendahnya kekuatan sambungan yaitu : 1. Eksentrisitas sambungan yang menggunakan beberapa alat sambung, maka titk berat kelompok alat sambung harus ditempatkan pada garis kerja gaya agar tidak timbul momen yang dapat menurunkan kekuatan sambungan. 2. Sesaran / Slip Sesaran yang terjadi pada sambungan kayu terbagi menjadi dua. Sesaran yang pertama adalah sesaran awal yang terjadi akibat adanya lubang kelonggaran yang dipergunakan untuk mempermudah penempatan alat sambung. Selama sesaran awal, alat sambung belum memberikan perlawanan terhadap gaya sambungan yang bekerja. Pada sambungan dengan beberapa alat sambung, kehadiran sesaran awal yang tidak sama diantara alat sambung dapat menurunkan kekuatan sambungan secara keseluruhan. Setelah sesaran awal terlampaui, maka sesaran berikutnya akan disertai oleh gaya perlawanan (tahanan lateral) dari alat sambung. 3. Mata kayu Adanya mata kayu dapat mengurangi luas tampang kayu sehingga mempengaruhi kekuatan kayu terutama kuat tarik dan kuat tekan sejajar serat.
B.
Jenis – Jenis Sambungan Sambungan dapat dibedakan menjadi sambungan satu irisan (menyambungkan
dua batang kayu), dua irisan (menyambung tiga batang kayu), dan seterusnya. Berdasarkan sifat gaya sambungan juga dapat dibedakan menjadi sambungan desak, sambungan tarik, dan sambungan momen. C.
Jenis – jenis alat sambung
Dari beberapa jenis
alat sambung
yang dipergunakan, kita dapat
membandingkan sifat atau karakteristik berbagai macam alat sambunga tersebut dengan menggunakan kurva beban vs sesaran/slip. Kurva ini menunjukkan besarnya dukungan sambungan dan sesaran yang terjadi antara alat sambung dengan kayu yang disambungnya. Hasil pengujian yang dilakukan oleh Racher (1995) untuk beberapa macam alat sambung dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.06 Kurva bebansesaran alat sambung.
1. Lem Bila dibandingkan dengan alat sambung yang lain, lem temasuk alat sambung yang bersifat getas seperti pada kurva di atas. Keruntuhan sambungan dengan alat sambung lem terjadi tanpa adanya pristiwa pelelehan. Alat sambung lem umumnya digunakan pada struktur balok susun, atau produk kayu laminasi. 2. Alat sambung mekanik Berdasarkan interaksi gaya – gaya yang terjadi pada sambungan, alat sambung mekanik dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu :
a. Kelompok pertama adalah kelompok alat sambung yang berasal dari interaksi antara kuat lentur alat sambung desak atau kuat geser kayu. Contoh : Paku dan baut b. Kelompok kedua adalah kelompok alat sambung yang kekuatan sambungannya ditentukan oleh luas bidang dukung kayu yang disambung. Contoh : Pasak kayu koubler, cincin belah, pelat geser, spikes grid, single atau double sided toothed plate dan toother ring Pada tugas akhir ini, sambungan yang digunakan adalah sambungan baut dan sambungan takikan. D.
Alat sambung baut Alat sambung baut umumnya difungsikan untuk mendukung beban tegak lurus
sumbu panjangnya. Kekuatan sambungan baut ditentukan oleh kuat tumpu kayu, tegangan lentur baut, dan angka kelangisngan (nilai banding antara panjang baut pada kayu utama dengan diameter baut). Ketika angka kelangsingan kecil, baut akan menjadi sangat kaku dan distribusi tegangan tumpu kayu di bawah baut akan terjadi secara merata. Semakin tinggi angka kelangsingan baut maka baut akan mengalami tekuk terdistribusi secara tidak merata.
Gambar 2.07 Distribusi tegangan tumpu kayu pada sambungan baut
1. Tahanan lateral acuan Tahanan lateral acuan (Z) satu baut pada sambungan kayu dengan kayu, sambungan kayu dengan pelat besi dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 2.12 Tahanan lateral acuan satu baut (Z) pada sambungan dengan satu irisan yang menyambung dua komponen Moda Kelelehan
Tahanan lateral (Z) Z= Z= Z= Z= Z= Z=(
= (-1) +
= (-1) +
Tabel 2.13 Tahanan lateral acuan satu baut (Z) pada sambungan dengan dua irisan yang menyambung tiga komponen Moda Kelelehan
Tahanan lateral (Z) Z= Z= Z= Z=( =
(-1) + Catatan :
Tabel 2.14 Tahanan lateral acuan satu baut (Z) pada sambungan dengan dua irisan yang menyambung tiga komponen sambungan kayu dengan plat besi Moda Kelelehan
Tahanan lateral (Z) Z= Z=
= (-1) +
dan
adalah kuat tumpu (N/mm²) kayu utama dan kayu samping. Untuk
sudut sejajar dan tegak lurus serat, nilai kuat tumpu kayu adalah :
dan
. Sedangkan untuk kuat tumpu kayu dengan sudut terhadap serat (
dapat diperoleh dengan persamaan Hankinson.
Kuat tumpu kayu untuk beberapa macam diameter baut dan berat jenis kayu dapat dilihat pada Tabel 2.04. G dan D berturut – turut adalah berat jenis kayu dan diameter baut. Sedangkan Tabel 2.15 Kuat tumpu kayu (
Tabel 2.16 Kuat tumpu kayu (
adalah tahanan lentur baut. dalam N/mm² untuk baut ½ ‘’
dalam N/mm² untuk baut 5/8 ‘’
Tabel 2.17 Kuat tumpu kayu (
dalam N/mm² untuk baut 3/4 ‘’
National Design and Specification (NDS) U.S untuk konstruksi kayu (2001) mendefinisikan kuat lentur baut sebagai
titik perpotongan pada kurva beban –
lendutan dari pengujian lentur baut dengan garis offset pada lendutan 0,05 D (D adalah diameter baut). Selain metoda diatas, NDS juga mengusulkan metoda lain untuk menghitung kuat lentur baut yakni nilai rerata antara tegangan leleh dan tegangan tarik ultimit pada pengujian tarik baut. Dari metoda kedua, kuat lentur baut umumnya sebesar 320 N/mm . 2. Geometrik sambungan baut Jarak antara alat sambung baut harus direncanakan agara masing – masing alat sambung dapat mencapai tahanan lateral ultimitnya sebelum kayu pecah. Jarak antara alat sambung dapat dilihat pada tabel berikut.
Gambar 2.08 Geometrik sambungan batu
Tabel 2.18 Jarak tepi, jarak ujung, dan persyaratan spasi untuk sambungan baut.
Beban sejajar arah serat
Ketentuan dimensi minimum 1,5D
1. Jarak tepi ( /D?6 /D>6
yang terbesar dari 1,5D atau ½ jarak antara baris alat pengencang tegak lurus serat
2. Jarak ujung ( Komponen tarik (liat catatan1)
7D
Komponen tekan
4D
3. Spasi ( 4D
Spasi dalam baris alat pengencang 4. Jarak antar baris alat pengencang Beban tegak lurus arah serat
1,5D < 127 mm (liat catatan 2 dan 3) Ketentuan dimensi minimun
1. Jarak tepi ( 4D
Tepi yang dibebani
1,5D
Tepi yang tidak dibebani
4D
2. Jarak ujung (
Liat catatan 3
3. Spasi ( 4. Jarak antar baris alat pengencang
2,5D (liat catatan 3)
/D?2 2<
/D<6 /D?6
Catatan :
(5
+10D)/8 (liat catatan 3) 5D (liat catatan 3)
1.
adalah panjang baut pada komponen utama pada suatu sambungan atau panjang total baut pada komponen skunder (2 ) pada suatu sambungan 2. Diperlukan spasi yang lebih besar untuk sambungan yang menggunakan ring.
3. Spasi tegak lurus arah serat antar alat – alat pengencang terluar pada suatu sambungan tidak boleh melebihi 127 mm, kecuali bila digunakan pelat penyambung khusus atau bila ada ketentuan mengenai perubahan dimensi kayu. 3. Faktor koreksi sambungan baut a. Faktor aski kelompok. Bila suatu sambungan terdiri dari satu baris alat pengencang atau lebih dengan alat pengencang baut, ada kecendrungan masing – masing baut mendukung beban lateral yang tidak sama yang disebabkan oleh: Jarak antar alat sambung yang kurang panjang sehingga menyebabkan kuat tumpu kayu tidak terjadi secara maksimal Terjadinya distribusi gaya yang tidak merata (non-uniform load distribution) antar alat sambung baut. Baut yang paling ujung dalam satu kelompok baut akan mendukung gaya yang lebih besar dari pada baut yang letaknya di tengah. Baut paling ujung akan mencapai plastic deformation lebih dulu. Sehingga ada kemungkinan baut yang paling ujung akan gagal lebih dulu sebelum baut yang tengah mencapai plastic deformation.
Faktor – faktor yang mempengaruhi nilai faktor aksi kelompok (
adalah: kemiringan kurva beban dan sesaran baut (slip modulus),
jumlah baut, spasi alat sambung dalam satu baris, plastic deformation, dan prilaku rangkak/creep kayu itu sendiri. Untuk sambungan dengan beberapa alat sambung tahanan lateral acuan sambungan harus dikalikan dengan faktor aksi kelompok.
]
Dimana : = jumlah total alat pengencang = jumlah baris alat pengencang dalam sambungan = jumlah alat pengencang efektif pada baris alat pengencang I yang bervariasi dari 1 hingga = jumlah alat pengencang dengan spasi yang seragam pada baris ke-i = modulus beban atau modulus gelincir untuk satu alat pengencang = 0,246
KN/mm.
= kekakuan aksial kayu utama = kekakuan aksial kayu samping
Alternatif lain untuk menghitung nilai faktor koreksi (
adalah
dengan menggunakan tabel National Design and Specification dari U.S.
Namun faktor koreksi aksi kelompok ini hanya berlaku untuk sambungan yang perbandingan luas penampang kayu samping terhadap kayu utama sebesar setengah atau satu.
