KARAKTERISTIK KEKUATAN DAN KEKAKUAN BALOK GLULAM KAYU MANGIUM
INDAH SULISTYAWATI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi yang berjudul Karakteristik Kekuatan dan Kekakuan Balok Glulam Kayu Mangium adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. 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 dibagian akhir disertasi.
Bogor, Desember 2009
Indah Sulistyawati NIM E263070032/RPM
ABSTRACT INDAH SULISTYAWATI. The Strength and Stiffness Characteristics of Mangium Timber Glulam Beam. Under the supervision of NARESWORO NUGROHO, SURJONO SURJOKUSUMO, YUSUF SUDO HADI. Acacia mangium is one of the fast growing tree species that developed by Indonesian forestry government. Fast growing wood species has a smaller log diameter caused by the short cycle. To meet the availability of structural component with the dimension that do not depend on the wood log diameter, a structured form of non-solid wood was developed that is glulam (glued laminated). The wood characterictic such as the mechanical properties of the main structural member of beam that must be known are the stiffness and strength. The experimental test and the analytical process should be done exactly. The objectives of this research were to analyze the physical and mechanical properties of mangium wood; develope the new Curve SM-2009 method to obtain the shear modulus (G) of wood glulam beam; analyze the stiffness by taking into account the shear modulus material for glulam beam; analyze the actual strength value based on the data used from the each displacement transducer or strain gauge appliances. The wood used in this research was mangium wood cutted from Legok, Bogor, Perhutani Unit III West Java, at the age of about 8 years, with log diameter of 20-28 cm. Polyurethane as Water Based Polymer Isocyanate was used for adhesive. The ratio of resin and hardener was 100:15 by weight. The entire specimens test were prepared based on the dimension requirement. Lamina samples for glulam were evaluated to determine the stiffness or modulus of elasticity (MOE) using non-destructive test. The MOE properties of each lamina were gathered during the initial grade sorting. The formation of lamina arranging was made to form the glulam. The small clear test was done based on ASTM D143 (2005), “Test Methods for Small Clear Specimen of Wood”. Shear modulus of wood material was conducted based on the regulation as arranged by the ASTM D198-5a (2008), “Standard Test Methods of Static Test of Lumber in Structural Sizes”. The new Curve SM-2009 method was done which take into account the deflection caused by bending, when L =14 h and L < 14 h. The transformed cross section method was done based on ASTM D3737-07 (2008), “Standard Practice for Establishing Allowable Poperties for Structural Glued Laminated (Glulam)”. The results showed that mangium wood as strength class II-III wood (PKKI) and design value E10-12 (RSNI) can be used as structural material; the depth beam will gradually be upgraded if the deflection influence caused by shear force is taken into account; the new developed Curve SM-2009 method to obtain shear modulus (G) was the simplified of ASTM D198-5a (2008) method; displacemet tranducer can be used to analyze the actual strength based on Transformed Cross Section method, and strain gauge as an equipments alternatively. Keywords: displacement tranducer, glulam, mangium wood, strain gauge, transformed cross section.
RINGKASAN Kayu Acacia mangium merupakan tanaman cepat tumbuh (fast growing species) yang merupakan salah satu spesies yang sukses dan berkembang pertumbuhannya. Dari hasil penelitian yang dilakukan penulis menunjukkan bahwa karakteristik kayu mangium merupakan kayu kelas kuat II-III (berdasarkan PKKI) dan kayu dengan kuat acuan E10-12 (berdasarkan RSNI 2002). Kayu dengan karakteristik tersebut dapat digunakan sebagai komponen yang bersifat struktural. Glulam merupakan rekayasa produk pengaturan tegangan (stress-rated product) yang terdiri dari dua atau lebih papan kayu yang disebut lamina direkat satu dengan lainnya secara bersama-sama dengan arah serat longitudinal seluruh lapisan, paralel terhadap panjangnya, pernyataan yang dikemukan oleh Moody et al. (1999). Dalam pembuatan balok glulam dengan menyusun lamina yang mempunyai mutu lebih tinggi pada daerah dengan tegangan besar dan mutu yang lebih rendah pada daerah lainnya, penampang laminasi akan bekerja efektif didalam menerima beban lentur. Oleh karena terdapat kebebasan dalam menentukan dimensi penampang melintang balok glulam, maka dengan ketinggian penampang balok terdapat hal yang perlu mendapat perhatian dalam memperhitungkan besar modulus elastisitasnya (MOE). Dengan memperhitungkan defleksi akibat gaya lintang yang mengandung faktor modulus geser (G), akan menghasilkan nilai yang lebih tepat. Untuk memperoleh nilai modulus geser (G) kayu mangium dapat dilakukan berdasarkan pengujian laboratorium berdasarkan peraturan ASTM D198-5a (2008). Berdasarkan teori regangan, dikembangkan metode baru yang relatif lebih sederhana dan dapat diselesaikan dengan waktu lebih singkat jika dibandingkan peraturan ASTM. Selanjutnya kurva yang dihasilkan pada metode baru ini diberi nama KURVA SM 2009 (SM = Shear Modulus). Analisis kekuatan glulam tidak dapat dilakukan seperti pada balok kayu utuh, oleh karena glulam tersusun dari beberapa lamina dengan MOE berbeda. Analisis kekuatan untuk glulam dilakukan menggunakan metode ”Transformed Cross Section Area”, yaitu metode penggunaan konversi nilai MOE yang bervariasi pada masing-masing lamina tehadap satu nilai MOE. Metode ini mempunyai
pengaruh mengurangi lebar lamina dengan MOE rendah, dan menambah lebar lamina dengan MOE tinggi, berdasarkan pernyataan Bodig dan Jayne (1993). Untuk aplikasi penggunaan metode ”Transformed Cross Section”, diperlukan data uji lentur yang dilengkapi dengan “Displacement Tranducer”, yang berfungsi untuk mengukur defleksi yang terjadi akibat adanya pembebanan. Tegangan lentur juga dapat diketahui, dengan memasang strain gauge sebagai alat pengukur regangan yang terjadi pada lokasi terpilih. Dari besar regangan dapat dihitung besarnya tegangan lentur. Nilai modulus geser terhadap modulus elastisitasnya atau E/G masingmasing diperoleh dengan metode ASTM D198-5a (2008) dan Kurva SM-2009 untuk balok utuh masing-masing adalah 19,16 dan 18,77. Sedangkan untuk balok glulam adalah 25,41 dan 24,89. Nilai E/G dengan cara ASTM D198-5a (2008) dan pengembangan metode Kurva SM-2009 adalah tidak berbeda nyata, berarti pengembangan metode ini telah teruji kebenarannya, maka dapat dipertanggung jawabkan untuk digunakan. Untuk balok glulam dengan metode ASTM D198-5a (2008) diperoleh MOEtrue rata-rata adalah 13318 MPa, dan MOEapp rata-rata adalah 11262 MPa. Dari kedua nilai tersebut dapat diketahui bahwa MOEtrue balok glulam adalah 18,3% lebih besar jika dibandingkan dengan MOEapp. Berdasarkan Kurva SM2009 diperoleh MOEtrue rata-rata balok glulam adalah 12978 MPa, dan MOEapp rata-rata adalah 11262 MPa, atau MOEtrue balok utuh adalah 15,2% lebih besar jika dibandingkan dengan MOEapp. Terlihat terjadi peningkatan yang cukup signifikan nilai pada MOEtrue apabila dibandingkan dengan MOEapp untuk balok glulam. Kajian pada balok glulam, displacemet tranducer dapat menunjang penggunaan metode “Transformed Cross Section” untuk memperoleh tegangan lentur aktual di berbagai posisi ketinggian penampang glulam. Strain gauge yang memberikan data regangan yang terjadi akibat suatu pembebanan pada balok glulam dapat digunakan sebagai alternatif untuk mendapatkan tegangan lentur aktual.
v
© Hak cipta milik IPB, tahun 2009 Hak cipta dilindungi Undang-undang 1.
2.
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atu tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk laporan apapun tanpa ijin IPB
KARAKTERISTIK KEKUATAN DAN KEKAKUAN BALOK GLULAM KAYU MANGIUM
INDAH SULISTYAWATI
Disertasi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Mayor Rekayasa dan Peningkatan Mutu Kayu
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
Penguji Luar Komisi: Ujian Tertutup : tanggal pelaksanaan 5 November 2009 1. Prof. Bambang Suryoatmono, Ph.D. Guru Besar Fakultas Teknik Program Studi Teknik Sipil Universitas Parahyangan dan Ketua Program Pasca Sarjana Universitas Parahyangan, Bandung 2. Dr. Ir. Titik Penta Artiningsih, MT. Dekan Fakultas Teknik, Universitas Pakuan, Bogor
Ujian Terbuka: tanggal pelaksanaan 1 Desember 2009 1. Prof. Dr. Ir. Muh. Yusram Massijaya, MS. Guru Besar Fakultas Kehutanan IPB Bogor dan Ketua Organisasi Mapeki (Masyarakat Peneliti Kayu Indonesia) 2. Prof. Dr. Ir Ridwan Suhud Guru Besar Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Trisakti, Jakarta
Judul Disertasi
: Karakteristik Kekuatan dan Kekakuan Balok Glulam Kayu Mangium
Nama
: Indah Sulistyawati
NIM
: E263070032/RPM
Disetujui, Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Naresworo Nugroho, MS. Ketua
Prof.(Emrt) Ir. Surjono Surjokusumo, MSF. PhD. Prof. Dr. Ir. Yusuf Sudo Hadi, M. Agr. Anggota Anggota
Diketahui, Ketua Departemen Hasil Hutan
Dr. Ir. Dede Hermawan, MSc.
Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS.
Tanggal Ujian: 1 Desember 2009
Tanggal Lulus:
ix
PRAKATA Puji dan syukur kami panjatkan kepada Allah SWT atas limpahan berkah, rahmat, karunia, serta hidayahNya sehingga penulisan disertasi dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan banyak terima kasih kepada yang terhormat Dr. Ir. Naresworo Nugroho, MS., Prof.(Emrt) Ir. Surjono Surjokusumo, MSF. PhD., Prof. Dr. Ir. Yusuf Sudo Hadi, M. Agr., sebagai komisi pembimbing yang telah banyak memberikan arahan, kritik, saran, dan dorongan semangat selama proses studi doktor yang dilakukan. Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada yang terhormat pimpinan Sekolah Pascasarjana IPB, Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr., dan Prof. Dr. Ir. Fauzi Febrianto, MS., sebagai Dekan dan Wakil Dekan Fakultas Kehutanan atas kesempatan studi yang diberikan. Kami ucapkan pula kepada yang terhormat Dr. Ir. Dede Hermawan, MSc., dan Dr. Lina Karlinasari, S.Hut, MSc. sebagai ketua dan sekretaris Departemen Hasil Hutan atas kegiatan studi yang disediakan pada Mayor Rekayasa dan Peningkatan Mutu Kayu. Terima kasih sebesar-besarnya kepada yang kami hormati Prof. Bambang Suryoatmono, PhD., yang telah memberikan banyak ilmu dalam bidang keteknikan dan konstruksi kayu pada saat kami dalam masa kuliah program doktor, serta masukan yang sangat berharga pada saat ujian tertutup serta dalam penyempurnaan disertasi ini. Kami sampaikan pula kepada yang terhormat Dr. Ir. Anita Firmanti, MT., sebagai penguji pada ujian kualifikasi, Dr. Ir. Titik Penta Artiningsih, MT., penguji pada sidang tertutup, dan Prof. Dr. Ir Ridwan Suhud, serta Prof. Dr. Ir. Muh. Yusram Massijaya, MS., sebagai penguji ujian terbuka, atas berkenannya memberikan masukan yang sangat berharga. Ucapan terima kasih juga disampaikan pada Amin Suroso, ST, Esti Prihatini, S.Si, serta seluruh staf dan laboran di lingkungan Fakultas Kehutanan IPB atas kerjasamanya dan segala bantuannya dalam pelaksanaan pengujian laboratorium di Fakultas Kehutanan IPB, ketua, staf, dan laboran Laboratorium Struktur Puslitbangkim PU Cileunyi Bandung, atas diskusi dan masukan serta pelaksanaan pengujian laboratorium.
