5. PERANCANGAN SAMBUNGAN BAMBU 5.1. Pendahuluan Hasil penelitian tentang sifat fisik dan mekanik bambu yang telah dilakukan, menunjukkan bahwa bambu, khususnya bambu tali, cukup baik untuk digunakan sebagai bahan konstruksi. Agar pemanfaatan bambu dapat optimal, maka dibutuhkan sambungan yang mampu menerima dan meneruskan gaya-gaya yang bekerja, setara dengan kekuatan buluh bambu. Dalam pemanfaatan bambu sebagai komponen rangka batang ruang, sambungan memegang peranan penting, mengingat konstruksi ini merupakan konstruksi yang terdiri dari komponen-komponen yang relatif pendek, sehingga memerlukan banyak sambungan. Selain itu bentuk sambungan harus dirancang secara khusus, karena satu titik buhul merupakan pertemuan dari banyak batang. Perancangan adalah suatu proses yang berawal dari timbulnya kebutuhan manusia. Oleh karena itu, hasil perancangan harus diusahakan untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Untuk itu kebutuhan harus didefinisikan dalam suatu formulasi masalah. Berdasarkan masalah tersebut, kemudian dicari solusi-solusi yang mungkin yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut. Pada dasarnya perancangan terdiri dari serangkaian kegiatan yang berurutan, sehingga merupakan suatu proses. Dalam pelaksanaannya proses perancangan memanfaatkan berbagai ilmu seperti: ilmu teknik, pengetahuan empirik, hasil-hasil penelitian dan informasi serta teknologi yang terus berkembang (Gambar 5.1.). Proses perancangan selalu diawali dari suatu kebutuhan akan suatu fungsi. Dalam hal ini, perancangan diarahkan untuk menciptakan sambungan bambu yang dapat dimanfaatkan sebagai sambungan pada konstruksi rangka batang ruang. Pengetahuan proses perancangan
Kebutuhan
Produk
Sambungan yang dapat menahan tarik & tekan
(bentuk sambungan) • • •
Mekanika Pengetahuan bahan Bentuk2 sambungan
Gambar 5.1. Proses perancangan
5.2. Tujuan Perancangan Perancangan ini bertujuan untuk mencari dan menemukan bentuk serta cara menghitung dimensi sambungan bambu untuk komponen rangka batang ruang yang dapat menahan gaya tekan dan tarik pada konstruksi rangka atap. 5.3. Ruang Lingkup Perancangan Pada perancangan ini dibatasi penggunaan pada bambu tali (Gigantochloa apus Kurz) dengan diameter 4 cm dan diameter 6 cm untuk konstruksi rangka atap yang berukuran 3 m x 5 m dengan empat tumpuan dan panjang komponen yang seragam, seperti
4 x 1m
Gambar 5.2.
Keterangan gambar : Batang atas Batang diagonal Batang bawah Tumpuan
3x1m
Daerah titik buhul dengan 8 komponen
Gambar 5.2. Rangka atap yang direncanakan
5.4. Bahan dan Metode 5.4.1. Bahan Bahan yang digunakan adalah bambu tali (Gigantocloa apus Kurz) berumur 3 - 5 tahun yang berasal dari daerah Sawangan dengan diameter 4,0 – 4,5 cm dan 6,0 – 6,5 cm. 5.4.2. Metodologi Sambungan merupakan bagian paling kritis dalam suatu struktur, karena sambungan harus dapat meneruskan beban. Oleh karena itu, untuk mendapatkan hasil perancangan sambungan yang optimal, perancangan perlu dilakukan dengan teliti secara bertahap. Adapun tahap-tahap perancangan (Harsokoesoemo, 2000) yang biasa dilakukan 57
meliputi lima tahap yaitu :1)Identifikasi kebutuhan; 2) Analisa masalah; 3) Perancangan konsep; 4) Evaluasi dan 5) Perancangan detail. Selain itu, proses perancangan juga tidak dapat terlepas dari kegiatan penelitian lain, seperti dapat dilihat pada Gambar 5.3. di bawah ini. Studi Literatur : • Sifat fisik & mekanik Bambu • Sambungan-sambungan Bambu • Rangka batang ruang
Penelitian Pendahuluan : • Sifat fisik & mekanik bambu tali • Perilaku tekuk bambu tali
Perancangan Sambungan
-
Identifikasi kebutuhan Analisa masalah Perancangan konsep Evaluasi konsep
Perhitungan Struktur Rangka Batang Ruang 3 m x 4 m Gaya-gaya batang : gaya tekan dan tarik maksimal
Perancangan Detail Analisa Mekanika Sambungan DIMENSI SAMBUNGAN
Gambar 5.3. : Bagan alir tahapan proses perancangan
5.5. Tahap-tahap Perancangan Sambungan 5.5.1. Identifikasi Kebutuhan Sambungan yang direncanakan merupakan sambungan untuk struktur rangka batang ruang, sehingga harus memenuhi : 1. Satu titik simpul dapat menggabungkan lebih dari empat komponen. 2. Sambungan harus dapat menerima gaya yang bekerja dan memindahkannya ke buluh bambu, sebagai bagian utama komponen, baik beban tarik maupun tekan yang terjadi. 3. Masing-masing sambungan harus dilengkapi dengan sebuah baut lengkap dengan mur yang dapat berputar bebas yang berfungsi sebagai alat sambung. 4. Kekuatan sambungan harus dapat dianalisa secara mekanika.
58
5.5.2. Analisa Masalah Disamping mempunyai beberapa keunggulan, seperti beratnya yang relatif ringan dan faktor estetika penggunaan bambu sebagai bahan bangunan, bambujuga mempunyai beberapa kendala, diantaranya : 1. Bambu merupakan bahan bangunan yang bersifat anisotropis, dengan sifat mekanik terbaik dalam arah longitudinal. Bambu mempunyai kuat tekan dan kuat tarik yang cukup tinggi, tetapi kuat geser dan kuat belahnya sangat kecil. 2. Bentuk bambu yang mendekati bulat dengan lubang di dalamnya, mempunyai dimensi yang tidak seragam, baik diameter, tebal dinding, maupun jarak antar buku. 3. Kelurusan bambu terbatas.
5.5.3. Perancangan Konsep Untuk memenuhi kebutuhan dengan memperhatikan kendala-kendala yang ada, maka perlu dilakukan langkah-langkah pemecahan masalah dalam rangka pemenuhan kebutuhan : 1. Pada satu titik sambung dapat terjadi pertemuan lebih dari empat buah batang (Gambar 5.2.), sehingga sambungan harus dibuat tirus. 2. Sambungan pada titik buhul pada umumnya digunakan ball joint atau pelat yang dibentuk (Gambar 2.2.). Untuk itu alat sambung yang digunakan adalah baut, sehingga sambungan yang dibuat dapat menghimpun gaya yang bekerja pada batang untuk diteruskan pada baut. Untuk itu perlu dipasang pasak kayu pengisi yang berfungsi untuk meneruskan gaya dari batang bambu ke baut. 3. Baut yang dipasang harus bebas berputar. Untuk itu baut harus diletakkan pada bagian dalam pasak kayu, yang sudah diberi lubang dengan diameter sedikit lebih besar daripada diameter baut. 4. Diameter serta tebal dinding bambu tidak seragam, sehingga menyulitkan dalam pembuatan pasak kayu, terutama jika akan digunakan perekat. Untuk mengatasi hal itu, diameter luar dipilih yang mendekati seragam. Sementara bagian dinding sebelah dalam dibubut agar diameter seragam, sehingga pasak kayu dapat direkat dengan baik ke permukaan bambu bagian dalam.
59
5. Jarak antar buku tidak seragam. Untuk itu, sambungan yang direncanakan harus tidak terpengaruh oleh keberadaan buku. 6. Kuat belah bambu sangat kecil, sehingga dalam mengerjakan bagian ujung bambu yang dibuat mengerucut (tirus) diusahakan sesedikit mungkin belah. Selain itu, pada bagian luar perlu dipasang klem bulat yang dibuat dari pipa besi. 7. Kuat geser bambu kecil, sehingga dalam pembuatan sambungan sedapat mungkin menggunakan paku atau baut yang dipasang dengan melubangi buluh bambu. Berdasarkan kerangka pemikiran di atas, maka ada beberapa bentuk sambungan yang dapat dikembangkan, diantaranya adalah sambungan bambu yang menggunakan pengisi kayu yang dikembangkan oleh Duff (Janssen, 1981) yang menggunakan klem dibagian luarnya (Gambar 2.6.) dan yang dikembangkan oleh Vilalobos (1993) dengan merekatkan pengisi kayu di bagian dalam,selanjutnya disisipkan pelat dengan bentuk yang sesuai kebutuhan (Gambar 2.8.). Dengan memperhatikan sambungan yang telah dikembangkan, maka ada dua alternatif bentuk sambungan yang mungkin dibuat seperti dapat dilihat pada Gambar 5.4. di bawah ini.
Mur Klem
Pasak Kayu Baut Epoxy Bambu (a)
(b)
Gambar 5.4. Alternatif sambungan (gambar potongan)
Sambungan pertama (Gambar 5.4.a.) direncanakan dengan menggunakan kayu pengisi yang dibubut sesuai dengan diameter dalam bambu. Kayu pengisi ini dibuat bulat dengan bagian ujung mengerucut (tirus) sementara bagian dalamnya diberi lubang yang
60
diameternya sedikit lebih besar dari diameter baut. Selanjutnya kayu pengisi direkatkan pada bagian dalam bambu. Sambungan kedua (Gambar 5.4.b.) dirancang dengan mengembangkan sambungan yang dibuat Duff dengan penambahan perekat antara kayu pengisi dengan bambu serta penggunaan kayu pengisi yang diberi lubang lebih besar dari diameter baut, sehingga baut dapat berputar bebas. Selanjutnya, karena sambungan yang rancang harus dapat menahan beban baik tarik maupun tekan, maka penggunaan baut harus dilengkapi dengan mur.
5.5.4. Evaluasi Untuk mengevaluasi kedua alternatif sambungan yang direncanakan, maka hal utama yang perlu diperhatikan adalah fungsi sambungan untuk meneruskan gaya-gaya yang bekerja. 1. Gaya tekan Baik pada sambungan pertama, maupun pada sambungan kedua, gaya tekan yang diterima dari baut akan diteruskan ke mur, yang selanjutnya meneruskan gaya tersebut ke pasak kayu pengisi. Pada pasak kayu, gaya tekan akan diteruskan ke dinding bagian dalam batang bambu melalui perekat. Pada waktu gaya diteruskan dari mur ke pasak pengisi, kemungkinan terjadi geser dalam pasak, mengingat kuat geser kayu dalam arah sejajar serat rendah. Oleh karena itu, jika pada sambungan kedua diberikan ring, yang terbuat dari pelat, antara mur dengan kayu pengisi yang diameternya sama dengan diameter luar bambu yang ditirus, maka gaya tekan dari mur akan diteruskan oleh ring langsung ke buluh bambu. 2. Gaya Tarik Baik pada sambungan pertama, maupun pada sambungan kedua, gaya tarik yang diterima baut, melalui kepala baut akan diteruskan ke pasak kayu pengisi. Pada pasak kayu, gaya tarik akan diteruskan ke dinding bagian dalam batang bambu melalui perekat. Seperti halnya pada gaya tekan, kemungkinan terjadi geser dalam pasak. Oleh karena itu, jika antara kepala baut dengan pasak kayu diberikan ring yang terbuat dari pelat dengan diameter sama dengan diameter kayu pengisi, maka gaya tarik dari baut akan diteruskan seluruhnya ke dinding bagian dalam bambu. Jika dibandingkan antara sambungan pertama dengan kedua, maka untuk menahan gaya tarik, sambungan kedua
61
lebih baik, karena dengan adanya bambu yang mengerucut disertai klem besi di bagian luar akan lebih kuat dalam menerima gaya tarik. Berdasarkan evaluasi, maka bentuk sambungan yang baik direncanakan penyempurnaan sambungan kedua dengan penambahan dua buah ring pelat. Selain itu, untuk menghindari pecahnya bambu di antara bagian yang lurus dengan bagian yang ditirus pada saat gaya tekan diteruskan ke buluh bambu, maka penggunaan klem besi diperpanjang, sehingga bentuk yang direncanakan menjadi seperti pada Gambar 5.5. Mur Ring Klem Kayu Pengisi Baut Perekat Bambu Ring Gambar 5.5. Sambungan yang direncanakan Distribusi gaya-gaya yang bekerja pada sambungan 1. Gaya Tekan P dari titik sambung mula-mula bekerja pada baut, lalu ke mur. Dari mur gaya dialihkan kepada ring A. Selanjutnya dari ring A gaya diteruskan menjadi gaya tekan terbagi rata pada buluh bambu seperti terlihat pada Gambar 5.6. Ptekan
Mur Ring A Epoxy Baut Pasak Kayu
Klem besi
Ring B Bambu Gambar 5.6. Distribusi gaya tekan pada sambungan. 62
Besarnya gaya tekan (Ptekan) yang dapat dipikul oleh sambungan dapat dihitung dengan persamaan 5.1. Ptekan = σ tekan . Auj ........................................................................................ (5.1.) dengan σ tekan = Tegangan tekan ijin bambu
Auj
= Luas penampang bambu bagian ujung
Dalam perhitungan besarnya gaya tekan yang dapat dipikul oleh komponen secara keseluruhan persamaan 5.1. harus dibandingkan dengan besarnya gaya tekan yang dapat diterima oleh buluh bambu dengan menggunakan persamaan 4.13. Selanjutnya besarnya gaya yang dapat dipikul dalam perhitungan diambil P yang terkecil di antara P dari persamaan 4.13 dengan P dari persamaan 5.1.
2. Gaya Tarik : P dari titik sambung mula-mula bekerja pada baut, lalu oleh ring B gaya diteruskan ke pasak kayu (menjadi gaya tekan). Selanjutnya melalui perekat epoxy gaya tersebut dipindahkan ke buluh bambu menjadi gaya geser seperti pada Gambar 5.7. Ptarik
Mur Ring A Epoxy Baut Pasak Kayu
Klem besi
Ring B Bambu Gambar 5.7. Distribusi gaya tarik pada sambungan Besarnya gaya tarik yang dapat diterima oleh sambungan ditentukan oleh besarnya gaya tarik yang dapat diterima oleh baut, besar gaya geser yang dapat diterima oleh bidang rekat (antara kayu pengisi dan dinding sebelah dalam bambu), serta besarnya gaya yang dapat diterima oleh bambu bagian dalam. Penelitian yang dilakukan oleh Suhartono (2002) dalam Morisco (2005) tentang kuat geser bidang rekat antara kayu 63
pengisi dan dinding sebelah dalam bambu, menggunakan perekat epoksi, memperoleh hasil kuat geser 3 MPa sementara kuat geser dinding bambu bagian dalam diperoleh nilai 2,5 MPa. P = π.d.h. τ
dengan P = Kekuatan tarik sambungan (kg) d = Diameter dalam buluh bambu (cm) h = Panjang bidang geser (cm)
τ
= Tegangan geser ijin buluh bambu (kg/cm2) 5.6. Perancangan Detail 5.6.1. Perhitungan Struktur
Perhitungan struktur dilakukan dengan SAP 2000 untuk rangka atap berukuran 3 m x 4 m dengan empat tumpuan; seperti pada Gambar 5.8.
Untuk struktur tersebut
dibutuhkan 98 batang yang terdiri dari 31 batang atas, 17 batang bawah dan 58 batang diagonal, dengan 32 titik buhul.
Gambar 5.8. Bentuk rangka batang ruang yang direncanakan. Dalam perhitungan struktur tersebut beban yang diperhitungkan diambil sesuai dengan SNI 03-1727-1989 tentang Tata Cara Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung. Beban yang diperhitungkan adalah : 1) Berat sendiri : Penutup atap
= 15 kg/m2
Gording
= 3 kg/m 64
2) Beban hidup = 100 kg/m2 3) Beban angin untuk atap miring sepihak (dengan 0 ≤ α ≤ 100) = 1,2 x 25 kg/m2 Dengan menentukan panjang batang seragam yaitu satu meter, maka diperoleh hasil seperti pada Tabel 5.1. Batasan: 1.
Baut yang digunakan berdiameter 6 mm, dengan panjang 20 cm, lengkap dengan mur
(hexanut). 2.
Ring A dan ring B terbuat dari pelat baja dengan ketebalan 2 mm. Untuk bambu berdiameter (D) 4- 4,5 cm digunakan ring berdiameter 2,9 cm dengan lubang 8 mm di tengahnya. Untuk bambu berdiameter (D) 6-6,5 cm digunakan ring berdiameter 5,9 cm dengan lubang berdiameter 8 mm di tengahnya. Tabel 5.1. Besar gaya (kg) pada masing-masing komponen
Nomor No. komponen 1 1,4,5,9,23,27,28,31 2 2,3,29,30 3 6,7,8,10,13,19,22,25,25,26 5 11,12,20,21 5 15,15,17,18 6 16 7 101,103,115,117 8 102,109,116 9 105,105,1006,107,111,112, 113,115 10 108,110 11 201,208,251,258 12 202,207,210,215,235,239, 252,257 13 203,206,253,256 15 205,205,255,255 16 209,216,233,250 17 211,215,235,238 18 212,213,236,237 19 217,225,225,232 20 218,223,226,231 21 219,222,227,230 22 220,221,228,229 Keterangan : + : Gaya tarik - : Gaya tekan
posisi komponen atas bawah diagonal Keterangan + 30 - 50 + 30 - 60 - 10 + 20 - 20 + 50 maximum tarik -
0 + 10 -
- 70
-
-
- 120 + 50 - 30 - 80 + 30 - 20 + 10
-
-
0 + 20 - 10
maksimum tekan maximum tarik
65
3. Bambu yang berdiameter (D) 4 – 4,5 cm, agar diameter dalamnya seragam dibubut pada bagian ujung dalamnya sehingga diameter dalamnya (d) menjadi 3 cm. 4. Bambu yang berdiameter (D) 6 – 6,5 cm, agar diameter dalamnya seragam dibubut pada bagian ujung dalamnya sehingga diameter dalamnya (d) menjadi 5 cm. 5. Pasak dibuat dari kayu meranti merah (Shorea sp.)yang termasuk kelas kuat II ( σ tk = 85 kg/cm2. Perhitungan Dimensi Sambungan 1. Gaya tekan maksimum (P = 120 kg) Kontrol terhadap tekuk : ω.P σ tk = < σ tk = 129 kg/cm2 A
2. Gaya Tarik Maksimum (P =50 kg) a. Kontrol pasak kayu : σtk =
Pbek < σ tk = 85 kg/cm2 A
b. Tegangan geser yang bekerja = τ =
P ≤ τ = 25kg / cm 2 π .D.h
Berdasarkan hasil perhitungan (perhitungan lengkap dapat dilihat pada Lampiran 10, halaman 103), dimensi yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 5.2.
h
d D Gambar 5.9. Dimensi sambungan
Keterangan : σtk = Tegangan tekan (kg/cm2) τ = Tegangan geser (kg/cm2) ω = Faktor tekuk Pbek = Gaya yang bekerja (kg) A = Luas penampang (cm2) D = Diameter luar (cm) d = Diameter dalam (cm) h = Panjang bidang geser (cm)
Tabel 5.2. Dimensi sambungan (hasil perhitungan) Gaya yang bekerja Tekan maksimum (120kg) Tarik maksimum (50 kg)
bambu φ 4 cm
bambu φ 6 cm
d = 3 cm h = 5 cm
d =5 cm h = 3 cm
66
5.7. Kesimpulan
1. Bambu tali dapat dimanfaatkan untuk pembuatan rangka atap prefabrikasi dengan konstruksi rangka batang ruang menggunakan alat sambung baut. 2. Untuk rangka atap sederhana berukuran 3 m x 4 m dengan empat tumpuan dan panjang masing-masing komponen 100 cm dapat dipergunakan bambu tali berdiameter 4 cm maupun 6 cm. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh panjang bidang geser (h) untuk bambu berdiameter 4 cm dan 6 cm berturut-turut 5 cm dan 3 cm. 3. Kuat geser bambu bagian dalam sangat kecil. Oleh karena itu, dalam perhitungan dimensi sambungan yang dirancang, nilai paling kritis adalah pada perhitungan bidang geser. 4. Sambungan dengan pasak, baut dan ring termasuk kategori produk hasil inovasi. Inovasi bukan hanya pada detail sambungan, tetapi juga pada cara kerja (distribusi gaya) serta cara perancangan dimensi yang dapat dihitung berdasarkan besarnya gaya yang bekerja serta sifak fisik dan mekanik bambu.
67
