KEKUATAN PROFIL SAMBUNGAN MENGGUNAKAN PEREKAT

KARYA TULIS

KEKUATAN PROFIL SAMBUNGAN MENGGUNAKAN PEREKAT

Disusun Oleh: APRI HERI ISWANTO, S.Hut, M.Si NIP. 132 303 844

DEPARTEMEN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2008

Apri Heri Iswanto : Kekuatan Profil Sambungan Menggunakan Perekat, 2008 USU e-Repository © 2008

KATA PENGANTAR

Puji syukur pada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis mengenai “Kekuatan Profil Sambungan Menggunakan Perekat “. Tulisan ini merupakan terjemahan artikel Strength of profile-adhesive joints karya J. Smardzewski pada Jurnal Wood Science and Technology 36 (2002) 173–183 Springer-Verlag 2002. Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat memberikan tambahan informasi dibidang keteknikan kayu. Akhirnya penulis tetap membuka diri terhadap kritik dan saran yang membangun dengan tujuan untuk menyempurnakan karya tulis ini.

Desember, 2008

Penulis


DAFTAR ISI

Halaman KATA PENGANTAR ......................................................................................i DAFTAR ISI.....................................................................................................ii DAFTAR GAMBAR........................................................................................iii ABSTRAK........................................................................................................1 KEASLIAN DAN TUJUAN PENELITIAN....................................................1 KEKUATAN SAMBUNGAN ADHESIVE MORTISE..................................3 EFEK PROFIL PADA SAMBUNGAN ...........................................................4 PROFIL SAMBUNGAN MORTISE MENGGUNAKAN PEREKAT ...........6 ARGUMENTASI .............................................................................................12 REFERENSI .....................................................................................................13


DAFTAR GAMBAR

No 1

Keterangan

Halaman

Distribusi gaya dan tegangan dalam sambungan menggunakan

3

perekat 2

Penyebaran Gaya dan Tegangan pada Profil sambungan Perekat

5

3

Penyebaran tekanan pada sambungan profil adhesive

6

4

Bagian dasar suatu fungsi tekanan

8

5

Distribusi tegangan dalam ikatan profil-sambungan perekat

9

6

Distribusi tekanan dalam profil-sambungan perekat

10

7

Distribusi tegangan dalam ikatan profil-sambungan perekat

11


ABSTRAK Artikel ini mendeskripsikan kekuatan profil sambungan dengan menggunakan perekat.

Tujuan utamanya adalah pengembangan model matematika yang

mendeskripsikan fenomena yang lazim terjadi dalam pembengkokan sambungan mortise pada konstruksi rangka furniture, tetapi juga menjelaskan faktor yang mempengaruhi kekuatan profil sambungan perekat. Kasus sambungan mortise dengan perekat menunjukkan interaksi permukaan kayu yang ditekan secara signifikan berpengaruh pada pengembangan node. Dalam kasus yang ekstrim, ikatan rekat yang gagal terbentuk pada permukaan elemen, kekuatan sambungan hanya tergantung pada kekuatan tekan kayu. Hal ini menjawab pertanyaan mengapa meskipun telah terjadi kerusakan pada ikatan rekatnya, konstruksi tersebut masih mampu untuk menahan beban luar. Kondisi terbaik terjadi ketika elemen penyusun sambungan baik, saling menekan satu sama lain, penurunan tegangan dalam ikatan rekat dan peningkatan kekuatan diatas nilai beban luarnya melampaui keteguhan geser perekatnya.

KEASLIAN DAN TUJUAN PENELITIAN Spesifikasi lengkap teknologi desain, khususnya bagian penggambaran dan standar yang diperlukan, seharusnya juga membandingkan dengan perhitungan pengujian mekanis kekakuan dan kekuatan konstruksi furnitur. Sampai saat ini tahap tersebut secara umum belum dilakukan secara sempurna. Namun sistem jaminan kualitas sesuai dengan ISO 9000 atau sertifikat yang setara, penetapan furnitur sesuai dengan Standar Eropa, persyaratan pembuatan untuk menghasilkan produk yang memenuhi persyaratan kekuatan. Seperti percobaan yang dilakukan terhadap produk akhir atau produk prototipe, hal ini berhubungan dengan biaya pengujian produk atau perubahan konstruksi. Namun hal ini akan lebih menguntungkan seandainya desain kerja yang meliputi proses evaluasi kekuatan dan kekakuan konstruksi dilakukan dengan simulasi numerik berdasarkan pada model matematis konstruksi furnitur. Sampai saat ini belum ada ahli komputer yang menyediakan program dipasaran untuk membantu teknisi dalam menghitung konstruksi furnitur. Dalam aplikasi perhitungan matematis memakai banyak asumsi penyederhanaan yang diadopsi dengan perlakuan node konstruksi furnitur secara total kaku atau dengan kekakuan yang sama dengan kusen (Korolev, 1973 dan Michailov, 1951). Penelitian Apri Heri Iswanto : Kekuatan Profil Sambungan Menggunakan Perekat, 2008 USU e-Repository © 2008

dilakukan untuk menghitung kekakuan bingkai papan kursi dengan mengasumsikan node sebagai struktur lentur dengan kekakuan yang dijelaskan menggunakan fungsi viskositas.

Selanjutnya berbagai usaha dilakukan untuk mendeskripsikan secara

akurat kekuatan dan perubahan bentuk konstruksi node bingkai papan kerangka furnitur. Pengembangan model analisis kekuatan nodal secara ekslusif sebagai profil (Korolev, 1973 dan Michailov, 1951) atau sambungan perekat (Amijiama dan Fujii, 1987), Ieandrau (1991), Matsui (1990a, 1990b, 1991), Matsui et.al (1987), Smardzewski (1994, 1995), Wilczynski (1998), Zanni-Deffarges dan Shanahan (1993). Pada kasus pertama, kekuatan konstruksi dipengaruhi oleh kekuatan elemen sambungan untuk bending, geser atau tarik. Kasus selanjutnya, kekuatan sambungan perekat tergantung pada keteguhan geser ikatan rekat melaui uji bending, geser atau tarik. Masalah yang terjadi, bingkai papan kursi, lengan kursi, meja dan struktur rangka sambungan yang mirip lainnya, memiliki beban luar sambungan yang kuat antara ikatan perekat dan elemen sambungan yang menekan satu dengan lainnya. Dengan kata lain, gaya tarik dalam sambungan perekat dapat diturunkan dalam jumlah minimum sesuai beban ekternalnya melalui pembebanan pada permukaan.

Jenis

sambungan tersebut dikenal dengan jenis sambungan profil adhesive. Kemampuan untuk menghitung daya tahan sambungan ini diharapkan memberikan kontribusi kepada penelitian ilmiah dalam hal konstruksi kayu melalui optimalisasi elemen dimensi, optimalisasi bahan limbah dan optimalisasi pertumbuhan ketahanan konstruksi dengan pengeluaran biaya kegiatan seminimal mungkin. Paper ini mencoba menggambarkan kekuatan sambungan profil adhesive. Tujuan

utamanya

adalah

untuk

mengembangkan

model

matematis

yang

menggambarkan fenomena yang terjai pada sambungan mortise (sebagai struktur dominan pada furnitur), khususnya bending sebagai faktor identifikasi yang berpengaruh utama dalam kekuatan sambungan profil adhesive.

Solusi ini akan

dicobakan sebagai sebuah masukan pada alogaritma detail dengan bantuan program komputer yang telah disiapkan dan dikembangkan di desain furnitur kursi (Poznan University). Penembangan program ini bertujuan untuk membantu proses desain dan mengoptimalkan struktur konstruksi furnitur terutama sambungan adhesive pada konstruksi kayu tertentu yang digunakan untuk industri bangunan.


KEKUATAN SAMBUNGAN ADHESIVE MORTISE Sambungan mortise dapat dicobakan sebagai sambungan adhesive dalam kondisi ketika elemen mortise dan tenon dihubungkan satu dengan lainnya dengan permukaan bidang yang luas dimana ikatan perekat segiempat terbentuk (Gambar 1). Pada kasus ini kekuatan sambungan hanya ditentukan oleh tekanan disekitar ikatan perekat. Nilai tekanan maksimal dihitung dengan bantuan rumus Haberzak (1975), Matsui (1990a, 1990b, 1991) dan Smardzewski (1994, 1995). Untuk kasus ini pusat bending sambungan nol merupakan pusat geometrik tenon dan sudut rotasi α memenuhi kondisi yang hampir sama.

Gambar 1. Distribusi gaya dan tegangan dalam sambungan menggunakan perekat

Dimana t = permainan antara tenon dan mortise l = panjang tenon Kekuatan sambungan akan dijelaskan melalui:

Dimana g = sudut antara vektor; t1; t2, tegangan geser disebabkan oleh momen luar M


Tegangan geser disebabkan oleh gaya aksial T, N

c = jarak dari pusat torsi h = tinggi tenon n = jumlah sambungan perekat

EFEK PROFIL PADA SAMBUNGAN Nilai yang diterima momen bending dari sambungan menyebakan sudut α sesuai dengan persamaan:

Beberapa elemen permukaan tenon dan mortise saling menekan mengakibatkan pengembangan momen anti torque MQ yang mengurangi nilai momen internal menghasilkan Mτ untuk tegangan geser dalam ikatan perekat (Gambar 2).

Gambar 2. Penyebaran Gaya dan Tegangan pada Profil sambungan Perekat

Asusmsi bahwa panjang permukaan berubah sebesar 10% dari panjang tenon (0,051), selanjutnya akan diperoleh:

Dimana σ = kekuatan tekan kayu


δ = ketebalan tenon dan hal tersebut akan sangat mudah untuk menjelaskan tegangan gesernya.

Fakta dari persamaan tersebut yaitu nilai pengembangan tegangan geser dalam ikatan perekat yang dapat menyebabkan kerusakan tergantung pada kekuatan tekan kayu. Transfer ikatan rekat dilakukan oleh beban luar sampai batas atas kekuatan kayu. Sisanya ditransfer oleh gaya dalam Q. Kerusakan kayu pada titik ini karena tekanan bersama adalah dihasilkannya peningkatan sudut α seperti sudut dari perubahan bentuk ikatan, karena itu peningkatan tegangan geser disebabkan oleh Momen luar M.

PROFIL SAMBUNGAN MORTIS MENGGUNAKAN PEREKAT Alasan yang sesuai mengapa h-tinggi mortise dan tenon dianggap sesuai bahwa adanya bidang kayu tetap dengan bidang sekitarnya sepanjang l pada tepi sambungan (Gambar 3). Pembebanan sambungan dengan sebuah momen bending M dan kekuatan T yang dihasilkan pada tekanan permukaan q4 dan q3 diperoleh melalui resultan Q4 dan Q3. Karena tidak adanya simetri dalam distribusi tekanan ini maka posisi pusat bending juga berubah. Terlepas dari rumus kesetimbangan untuk kekuatan sistem dua dimensi dan pertimbangan kemiripan tekanan triangle, posisi pusat bending dapat dicari dengan menggunakan sistem persamaan berikut:


Gambar 3. Penyebaran tekanan pada sambungan profil adhesive Persamaan kuadratik = 0

Dari sini kita tahu bahwa posisi baru dari pusat bending dengan persamaan:

Dari situasi yang digambarkan tersebut, tegangan geser disekitar ikatan rekat τ2 maks akan terlihat ketika deformasi elastis kayu ε dihasilkan dari mulai naiknya tekanan elemen sambungan. Deformasi yang besar tersebut menyebabkan besarnya tegangan geser. Disini nilai moment Mτ memyebabkan tegangan geser ikatan adesif yang berbeda antara momen pukul di luar M dan momen dari sepasang gaya Q4 dan Q3.

Dimana:

Kemudian dari persamaan tekanan triangel (Gambar 3), secara jelas dapat diperoleh bahwa :


Dari persamaan-persamaan tersebut jika kita menginginkan nilai tegangan geser pada ikatan adesif sambungan mortise profil adhesive, diperlukan perhitungan nilai deformasi disebabkan oleh deformasi kayu pada bagian elemen ikatan yang saling menekan. Tegangan yang dihubungkan dengan deformasi ini dinyatakan dalam cara yang sangat umum yaitu hukum Hook’s

Untuk beban yang distribusi bebannya dalam garis linear (Gambar. 4), kita dapat menulis persamaan umum :

dimana kita akhirnya akan memperoleh untuk q4

dan untuk q3

Penambahan yang diperoleh tergantungan pada persamaan (13), persamaan momen tekanan akan memperoleh bentuk sebagai berikut :


Gambar 4. Bagian dasar suatu fungsi tekanan kemudian tegangan geser maksimum dalam ikatan perekat disebabkan oleh berkurangnya momen Mτ pada kisaran deformasi elastis kayu yang dapat dituliskan dalam bentuk berikut ini :

dimana

z – dari persamaan (11) Mempertimbangkan dengan seksama vektor resultan tegangan geser paling besar (Gambar. 5), tegangan maksimum sekarang akan dituliskan dalam bentuk rumusan :

dimana

Momen beban luar M melebihi nilai di mana momen MQ akan menyebabkan deformasi pada daerah elastis kayu berlebihan,yaitu menyebabkan kerusakan strukturnya, tingkat beban dari ikatan perekat akan memburuk dengan cepat. Itu akan


mulai untuk membawa momen lentur Mτ yang tergantung hanya pada compression strength σ. Dalam situasi seperti ini persamaan yang menggambarkan tegangan geser maksimum disebabkan oleh momen ini yang akan menggunakan bentuk berikut :

Gambar 5. Distribusi tegangan dalam ikatan profil-sambungan perekat

Pada tempat dalam ikatan perekat di mana nilai vektor tegangan geser adalah yang paling tinggi, proses dekohesi dimulai penurunan kekuatan dari sambungan dan, karenanya, kekuatan keseluruhan konstruksi mebel. Metoda yang lain yang digunakan dalam praktek untuk elemen perekat kayu adalah adhesi di tiga sisinya dari tenon dalam mortise (Gambar. 6). Dalam hal ini tekanan juga akan bertambah pada bagian bawah yang bidang tegak lurus terhadap adhesi. Penulisan persamaan keseimbangan untuk sistem ini dan penambahan hubungan antar geometris antara diagram tekanan, posisi dari pusat lentur tenon akan dibentuk dengan pemecahan sistem persamaan

Jika kita juga, dalam hal ini, berasumsi bahwa tingkat tegangan geser di dalam ikatan perekat akan tergantung pada nilai dari momen luar M dan momen MQ disebabkan oleh tekanan yang digunakan pada permukaan kayu, kemudian persamaan tegangan geser maksimum akan mengadopsi bentuk berikut :


Gambar 6. Distribusi tekanan dalam profil-sambungan perekat

Gambar 7. Distribusi tegangan dalam ikatan profil-sambungan perekat dimana :

Di dalam daerah deformasi elastis kayu, ikatan akan membawa momen lebih kecil dibanding beban luar, oleh karena itu, kekuatan puncak akan jadi sangat lebih tinggi dibanding kekuatan yang sederhana dari ikatan perekat ditujukan untuk pergeseran. Secepat mungkin batas deformasi elastis terlewati dan compression Apri Heri Iswanto : Kekuatan Profil Sambungan Menggunakan Perekat, 2008 USU e-Repository © 2008

strenght kayu dicapai, kerusakan sambungan mungkin terjadi dengan tidak terduga karena peningkatan mendadak dari momen torsion dalam ikatan perekat. Dalam situasi ini, tegangan geser paling besar disebabkan oleh momen ini yang dapat dituliskan dalam bentuk berikut :

Dalam kedua kasus di atas yang dibahas, tegangan geser maksimum menghasilkan proses de-kohesi ikatan perekat yang berkembang dalam satu tempat yang diuraikan secara rinci yang tergantung pada metoda aplikasi beban luar dan geometri tenon (Gambar. 6). Nilai dari tekanan ini dinyatakan dengan persamaan :

dimana

ARGUMENTASI Di atas diperkenalkan kasus perekatan sambungan mortise menunjukkan bahwa kekuatan puncak dikembangkan sangat tergantung pada interaksi timbal balik permukaan kayu di bawah tekanan. Dalam kasus ekstrim, ketika tidak ada ikatan perekat berkembang pada permukaan komponen, kekuatan sambungan semata-mata tergantung pada compression strenght kayu.

Mengapa demikian, di samping

kerusakan ikatan perekat, konstruksi dipertimbangkan masih mampu untuk membawa beban luar. Bagaimanapun, situasi yang terbaik terjadi ketika komponen sambungan disesuaikan dengan penggunaan tekanan pada satu yang lainnya, mengurangi tegangan dalam ikatan perekat dan meningkatkan kekuatannya di atas nilai beban luar yangsecara nyata melebihi kekuatan geser dari perekat. Sebaliknya, tegangan geser yang paling tinggi dalam ikatan perekat dari sambungan ini terkonsentrasi tepat di bawah atau di atas pada sudut ikatan. Fenomena ini dapat dianggap berasal dari penyimpangan poros perputaran sambungan yang disebabkan oleh lenturnya. Nilai


dari penyimpangan poros perputaran tergantung pada nilai-nilai aksi momen lentur seperti halnya penggeseran dan gaya axial. Ini juga mempengaruhi tingkat deformasi kayu selama tekanan yang digunakan oleh komponen individu sambungan dan, sebagai konsekuensinya, nilai dari momen mengurangi tegangan geser dalam ikatan itu. Pertimbangan yang dibahas dalam artikel ini, ditunjukkan dalam bentuk algoritma, akan dimanfaatkan untuk mengembangkan sistem komputer untuk mendisain konstruksi mebel. Hasil dari studi ini, dalam bentuk program grafis yang mudah dioperasikan, akan menarik para perancang dan meyakinkan mereka tentang perlunya menggunakan bentuk ini dalam merancang.


REFERENSI Amijiama S, Fujii T (1987) A microcomputer program for stress analysis of adhesive bonded joints. Int. J. Adhesion and Adhesives 7(4):199–204 Bielakow HM (1960) Rasczot procznosct szipovych sojedinienii. Leningrad Haberzak A (1975) Analiza rozkładu napre˛ _ze_n w spoinie klejowej w poła˛czeniu na czopy elementw drewnianych. Przem. Drzewn. 10:11–12 Korolev WJ (1973) Osnovy racionalnovo konstruirovania mebeli. Lesnaja Promyszliennost. Moskva Matsui K (1990a) Effects of size on nominal ultimate tensile stresses of adhesivebonded circular of rectangular joints under bending or peeling load. Int. J. Adhesion and Adhesives 10(2):90–98 Matsui K (1990b) Size effects on average ultimate stresses of adhesives-bonded rectangular or tabular lap joints under torsion-shear. Int. J. Adhesion and Adhesives 10(2):81–98 Matsui K (1991) Size effects of nominal ultimate stresses of adhesives-bonded circular or rectangular joints under torsion. Int. J. Adhesion and Adhesives 11(2):59–64 Matsui K, Ueda Y, Morikawa Y, Yoshino T (1997) Size effects on ultimate torsional stresses of adhesives-bonded joints with a rectangular cross section. J. Adhesion Soc. Jpn. 23:96–102 Michailov MN (1951) Stoliarno-mechaniczeskoje proizvodstva. Moskva 182 Smardzewski J (1994) Model matematyczny I analiza numeryczna rozkładu napre˛ _ze_n stycznych w prostoka˛tnych spoinach poła˛cze_n poddanych skre˛caniu. Badania dla Meblarstwa, Wyd. AR Pozna_n:31–45 Wilczy_nski A (1988) Badania napre˛ _ze_n _scinaja˛cych w spoinie klejowej w drewnie. Wydawnictwo Uczelniane WSP Bydgoszcz Zanni-Deffarges MP, Shanahan MER (1993) Evaluation of adhesive shear modulus in a torsional joint: influence of ageing. Int. J. Adhesion and Adhesives 13(1):41–45 183


KEKUATAN PROFIL SAMBUNGAN MENGGUNAKAN PEREKAT

Recommend Documents