PENELITIAN TERHADAP KEGAGALAN STRUKTUR RANGKA ATAP KAYU BENTANG 12 METER DAN METODE PERBAIKAN STRUKTURNYA

PENELITIAN TERHADAP KEGAGALAN STRUKTUR RANGKA ATAP KAYU BENTANG 12 METER DAN METODE PERBAIKAN STRUKTURNYA (STUDI KASUS)

TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana teknik sipil

Disusun oleh: HARDIANSYAH 06 0404 141

Dosen Pembimbing: Ir.BESMAN SURBAKTI, MT 19520901 198112 1 001

SUBJURUSAN STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2011

ABSTRAK Dalam perencanaan struktur rangka atap kayu, sering terjadi kegagalan struktur (failure of structure) baik berupa kegagalan ringan maupun kegagalan berat yang dapat menyebabkan runtuhnya struktur rangka atap. Kerusakan yang terjadi pada struktur disebabkan oleh beberapa penyebab, yaitu kesalahan dalam perencanaan berupa pendimensi batang tarik, batang tekan, dimensi sambungan yang dibutuhkan, maupun dalam pengaplikasian data yang didapat pada perencanaan di lapangan, yang berdampak pada kerugian material dan korban jiwa. Tugas akhir yang berjudul “Penelitian terhadap Kegagalan Struktur Rangka Atap Kayu Bentang 12 Meter dan Metoda Perbaikan Strukturnya” ini bertujuan untuk meneliti penyebab kegagalan struktur rangka atap kayu bentang 12 meter yang terjadi berupa koyaknya penampang kayu, serta lendutan pada struktur rangka atap, dan juga metoda perbaikan yang dilakukan pada struktur rangka atap tersebut. Penelitian ini dilakukan dengan membandingkan section properties penampang existing berupa penampang, sambungan dengan section properties yang didapat dari perhitungan berdasarkan Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia 2002 (PPKI – NI 5 2002). Dari hasil penelitian yang dilakukan didapat bahwa penampang kayu yang digunakan aman terhadap kombinasi beban yang bekerja. Namun, sambungan tidak aman terhadap gaya yang bekerja dikarenakan jumlah alat sambung baut yang digunakan lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah alat sambung yang dibutuhkan. Metoda perbaikan yang dapat dilakukan adalah dengan mengaplikasikan sambungan baut antara kayu dengan pelat besi dengan jumlah baut yang didapat berdasarkan perhitungan. Kata kunci :

sambungan kayu, metode perbaikan struktur kayu, struktur kayu

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan nikmat yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “ Penelitian Terhadap Kegagalan Struktur Rangka Atap Kayu Bentang 12 Meter dan Metode Perbaikan Strukturnya “ ini dengan baik dan tepat pada waktunya.Tugas akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam Ujian Sarjana Teknik Sipil Bidang Studi Struktur pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan dikarenakan keterbatasan pemahaman dan pengetahuan penulis sendiri. Masih banyak terdapat kekurangan dan kekhilafan yang tidak disadari baik dalam teknik penulisan, penyajian serta isi dari tugas akhir ini. Oleh sebab itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritikan yang membangun dari bapak / ibu dosen, rekan – rekan mahasiswa, maupun teman – teman sekalian untuk kesempurnaan Tugas Akhir ini.

Penulis

berharap agar kedepannya penelitian tugas akhir ini dapat dilanjutkan lagi. Penulis juga mengharapkan agar Tugas Akhir ini dapat menambah referensi tugas akhir tentang Struktur Kayu di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara serta bermanfaat bagi adik – adik Departemen Teknik Sipil. Penulis sangat menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini dikarenakan bimbingan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Maka dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar – besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MS ME selaku Dekan Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Prof. DR. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Besman Surbakti MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir Rajamin Tanjung dan Ir Robert Panjaitan MT, selaku Dosen Pembanding yang telah banyak memberikan bimbingan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 6. Bapak DR. Ir. Roesyanto Msc, selaku Dosen Wali yang telah banyak memberikan bimbingan serta nasehat yang begitu berarti bagi penulis. 7. Bapak / Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ilmu dan bimbingannya. 8. Pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian administrasi. 9. Kedua orangtuaku tercinta yang telah memberikan doa dan dukungannya yang tiada terhingga kepada penulis dan adikku Rizka Nurhaliza atas doa dan dukungannya hingga terselesaikanya Tugas Akhir ini. 10. Sorraya Chairani yang selalu memberikan motivasi dan dukungannya sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. 11. Buat saudara/i seperjuangan Angga, Anggi, Agung, Andi, Alfi, Rivan, Rahmat, Riky, Atha, Najib, Risa Rokhadi, Ani, Avril, Zul, Haikal, Farqi, Choir, Wynda, Yovanka, Irin, Nurul, Ade, Fauzi, Herry, Ucup, Fahim, Tami, Ghafar, Ajo, Syawal, Royhan, teman – teman mahasiswa/i angkatan 2006,

serta adik-adik mahasiswa/i angkatan 2007 dan 2009 yang tidak bisa disebutkan semuanya atas semangat dan bantuannya selama ini. 12. Seluruh rekan – rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu – persatu ats dukungannya selama ini.

Saya menyadari dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, disebabkan karena keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya sendiri. Untuk itu, saya sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para pembaca demi perbaikan di masa yang akan datang. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya dan semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Medan,

April 2011

Hardiansyah Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK …………………………………………………………………………… i KATA PENGANTAR ……………………………………………………………….i ii DAFTAR ISI …………………………………………………………………………. v DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………………….viii DAFTAR NOTASI ……………………………………………………………………xiii DAFTAR TABEL ……………………………………………………………………. xvii DAFTAR TABEL ……………………………………………………………………. xxi BAB I

PENDAHULUAN ……………………………………………………… 1 1.1

LATAR BELAKANG MASALAH ………………………………. 1

1.2

PERUMUSAN MASALAH ……………………………………… 2

1.3

TUJUAN PENELITIAN ………………………………………….. 2

1.4

BATASAN MASALAH ………………………………………….. 3

1.5

METODOLOGI PENELITIAN …………………………………… 4

1.6

DOKUMENTASI KERUSAKAN PADA STRUKTUR RANGKA ATAP KAYU BENTANG 12 METER ………………..6

BAB II

STUDI PUSTAKA ……………………………………………………… 8 2.1

UMUM …………………………………………………………… 8

2.2

SIFAT – SIFAT KAYU…………………………………………… 16 A. SIFAT UMUM ……………………………………………….. 16 B. SIFAT FISIS ………………………………………………….. 17 C. SIFAT MEKANIS ……………………………………………. 29 D. KAYU DAMAR ……………………………………………... 35

2.3

TEGANGAN BAHAN KAYU …………………………………… 38

2.4

KUAT ACUAN ……….…………………………………………..442 A. Kuat Acuan Berdasarkan atas Pemilahan secara Mekanis ……. 42 B. Kuat Acuan Berdasarkan atas Pemilahan secara Visual ………. 43

2.5

TATA CARA PERENCANAAN BERDASARKAN PERATURAN KONSTRUKSI KAYU INDONESIA (PKKI – NI 5 2002) ………………………… ………………………………………….. 45 A. Beban dan Kombinasi Pembebanan ………………………….. 45 B. Dasar Perencanaan ……………………………………………. 47

2.6

SAMBUNGAN …………………………………..……………….. 56 A. Umum ………………………………………………………… 56 B. Jenis –Jenis Sambungan ……………………………………… 58 C. Jenis – Jenis Alat Sambung …………………………………… 59

BAB III

PENINJAUAN RANGKA ATAP KAYU BENTANG 12 METER ....... 68 3.1

UMUM ……………………………………………………….……. 68

3.2

MACAM STRUKTUR RANGKA BATANG …………………… 71

3.3

KONSEP GEOMETRI ……………………………………………. 75

3.4

PRINSIP KESETIMBANGAN STATIKA ……………………….. 79

3.5

DERAJAT KETIDAKJENUHAN ………………………………… 81

3.6

MENCARI GAYA INTERNAL BATANG ………………………. 82 A. Metode Kesetimbangan Titik Buhul …………………………. 83 B. Metode Grafis ………………………………………………… 83 C. Metode Pemotongan Batang ………………………………….. 86 D. Metode Tukar Batang ………………………………………… 88

E. Metode Persamaan Simultan …………………………………. 89 BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENELITIAN ………………………………. 92 4.1

HASIL PEMERIKSAAN DIMENSI PENAMPANG DAN PEMBEBANAN EXISTING ……………………………………… 92

4.2

PERENCANAAN STRUKTURRANGKA ATAP KAYU BERDASARKAN PERATURAN KONSTRUKSI KAYU INDONESIA (PKKI – NI 5 2002) …………………………..... …...100 A. Kuat Acuan Kayu Damar Laut …………………………….…..101 B. Perhitungan Pembebanan ………………………………..……..102 C. Analisa Gaya Batang Aksial ……………………………..…….113 D. Kontrol Dimensi Batang ……………………………….………125 E. Kontrol Sambungan Titik Buhul ……………………………….143 F. Metoda Perbaikan Struktur ………………………………….…153

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………………...161 5.1

KESIMPULAN ……………………………….…………….…..….161

5.2

SARAN ……………………………………………………….……162

DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………..……..…xxii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.01

Tampak samping struktur rangka atap

Gambar 1.02

Lendutan yang terjadi pada struktur rangka atap

Gambar 1.03

Kegagalan sambungan yang menyebabkan koyak pada kayu

Gambar 1.04

Koyak pada batang tarik bawah

Gambar 2.01

Bidang simetris kayu

Gambar 2.02

Bagian – bagian kayu

Gambar 2.03

Kuat tarik searah dan melintang serat kayu

Gambar 2.04

Tekanan searah dan melintang serat kayu

Gambar 2.05

Geser searah dan melintang serat kayu

Gambar 2.06

Kurva beban sesaran alat sambung

Gambar 2.07

Distribusi tegangan tumpu kayu pada sambungan baut

Gambar 2.08

Geometrik sambungan kayu

Gambar 3.01

Bentuk struktur rangka batang bidang

Gambar 3.01a

Balok

Gambar 3.01b

Portal pelengkung

Gambar 3.01c

Pelengkung

Gambar 3.02

Beberapa contoh rangka batang atap dan jembatan

Gambar 3.03

Evolusi struktur dasar rangka batang

Gambar 3.04

Pengembangan rangka batang melampaui syarat minimal

Gambar 3.05

Contoh pengembangan rangka batang sederhana

Gambar 3.06

Penambahan batang antara

Gambar 3.07

Kesetimbangan statika DBL titik buhul

Gambar 3.08

Derajat ketidaktentuan rangka batang

Gambar 3.09

Kesetimbangan titik buhul

Gambar 3.10

Poligon keseimbangan gaya titik buhul

Gambar 3.10a

Struktur rangka batang

Gambar 3.10b

Poligon gaya batang pada titik buhul

Gambar 3.10c

Diagram Cremona

Gambar 3.11

Metode pemotongan batang

Gambar 3.12

Skema penyelesaian metode tukar batang

Gambar 3.13

Penyelesaian rangka batang gabungan

Gambar 3.13a

Rangka batang lengkap

Gambar 3.13b

Rangka batang komponen

Gambar 4.01

Layout rangka batang existing

Gambar 4.02

Layout rangka batang

Gambar 4.03

Layout rangka batang

Gambar 4.04

Layout sambungan

Gambar 4.05

Sambungan buhul A

Gambar 4.06

Koyak pada sambungan A

Gambar 4.07

Sambungan buhul B

Gambar 4.08

Sambungan buhul C

Gambar 4.09

Sambungan buhul D

Gambar 4.10

Sambungan buhul A

Gambar 4.11

Sambungan buhul I

Gambar 4.12

Sambungan buhul J

Gambar 4.13

Sambungan batang perpanjangan

Gambar 4.14

Total beban mati yang bekerja pada struktur

Gambar 4.15

Beban mati yang bekerja pada struktur

Gambar 4.16

Beban angin kiri yang bekerja pada struktur

Gambar 4.17

Beban angin kanan yang bekerja pada struktur

Gambar 4.18

Reaksi perletakan akibat beban mati (D)

Gambar 4.19

Reaksi perletakan akibat kombinasi 1 (1,4D)

Gambar 4.20

Reaksi perletakan akibat kombinasi 3 (1,2D + 1,6L + 0,8WL)

Gambar 4.21

Reaksi perletakan akibat kombinasi 4 (1,2D + 1,6L + 0,8WR)

Gambar 4.22

Gaya batang akibat beban mati (D)

Gambar 4.23

Gaya batang akibat kombinasi 1 (1,4D))

Gambar 4.24

Gaya batang akibat kombinasi 3 (1,2D + 1,6L + 0,8WL)

Gambar 4.25

Gaya batang akibat kombinasi 4 (1,2D + 1,6L + 0,8WR)

Gambar 4.26

Detail sambungan existing buhul A

Gambar 4.27

Detail sambungan gigi pada buhul D

Gambar 4.28

Layout kap kayu existing

Gambar 4.29

Layout kap kayu perbaikan

Gambar 4.30

Perbandingan sambungan existing dengan sambungan berdasarkan perhitungan pada buhul A

Gambar 4.30a

Sambungan existing

Gambar 4.30b

Sambungan perbaikan

Gambar 4.31

Perbandingan sambungan existing dengan sambungan berdasarkan perhitungan pada buhul D

Gambar 4.31a

Sambungan existing

Gambar 4.31b

Sambungan perbaikan

Gambar 4.32

Perbandingan sambungan existing dengan sambungan berdasarkan perhitungan pada buhul F

Gambar 4.32a

Sambungan existing

Gambar 4.32b

Sambungan perbaikan

Gambar 4.33

Perbandingan sambungan existing dengan sambungan berdasarkan perhitungan pada buhul G

Gambar 4.33a

Sambungan existing

Gambar 4.33b

Sambungan perbaikan

DAFTAR NOTASI

A

adalah luas brutto, mm² adalah luas netto adalah jarak ujung optimum

b

adalah lebar balok adalah faktor aksi kelompok adalah faktor pengawetan kayu, untuk memperhitungkan pengaruh pengawetan terhadap produk – produk kayu dan sambungan. Nilai faktor koreksi ditetapkan berdasarkan spesifikasi pemasok, ketentuan, atau standar yang berlaku adalah faktor kestabilan kolom adalah faktor layan basah, untuk memperhitungkan kadar air masa layan yang lebih tinggi daripada 19% untuk kayu massif dan 16% untuk produk kayu yang dilem adalah faktor tahan api, untuk memperhitungkan pengaruh perlakuan tahan api terhadap produk – produk kayu dan sambungan. Nilai faktor koreksi ditetapkan berdasarkan spesifikasi pemasok, ketentuan, atau standar yang berlaku adalah faktor temperature, untuk memperhitungkan temperature layan lebih tinggi daripada 38°C secara bekerlanjutan

adalah faktor geometri adalah diameter baut adalah modulus elastisitas lentur, Mpa adalah modulus elastisitas lentur rerata terkoreksi, Mpa adalah kuat lentur, Mpa adalah nilai modulus elastisitas lentur terkoreksi pada persentil ke lima, Mpa

adalah kuat tekan sejajar serat, Mpa

adalah kekakuan aksial modulus elastisitas lentur rerata komponen struktur utama dikalikan dengan luas bruto penampang utama sebelum dilubangi atau dicoak adalah kekakuan aksial modulus elastisitas lentur rerata komponen struktur sekunder dikalikan dengan luas bruto penampang utama sebelum dilubangi atau dicoak adalah kuat lentur, Mpa adalah kuat lentur terkoreksi, Mpa adalah kuat tekan sejajar serat, Mpa adalah kuat tekan terkoreksi sejajar serat (setelah dikalikan semua faktor koreksi kecuali

)

adalah kuat tekan tegak lurus serat, Mpa adalah kuat tumpu kayu utama

adalah kuat tumpu kayu sekunder adalah kuat tarik sejajar serat, Mpa adalah kuat tarik sejajar serat terkoreksi adalah kuat tekan tegak lurus serat, Mpa adalah kuat geser, Mpa adalah kuat geser terkoreksi, Mpa adalah tahanan lentur baut G

adalah berat jenis kayu adalah faktor panjang tekuk adalah 1+(θ/360°) adalah panjang batang tekan adalah panjang kayu muka adalah faktor tekan adalah momen inersia terhadap sumbu kuat adalah momen inersia terhadap sumbu lemah

L

adalah beban hidup akibat pekerja dan peralatan atau hujan

m

adalah kadar air, % adalah jumlah alat sambung

P

adalah tahanan tekan terkoreksi adalah tahanan tekuk kritis (Euler) pada arah yang ditinjau adalah tahanan tekan aksial terkoreksi sejajar serat adalah gaya tekan akibat beban terfaktor adalah gaya tekan terkoreksi akibat beban terfaktor

R

adalah tahanan acuan

R’

adalah tahanan terkoreksi adalah adalah jari – jari girasi adalah spasi dalam baris alat pengencang, jarak pusat – ke – pusat antar alat pengencang di dalam satu baris adalah spasi minimum yang diizinkan adalah spasi yang diperlukan sepanjang sumbu penyambung adalah tebal penampang utama adalah tebal penampang sekunder adalah gaya tarik akibat beban – beban terfaktor adalah tahanan tarik terkoreksi adalah gaya angin kiri

adalah gaya angin kanan adalah gaya perlu pada sambungan adalah tahanan terkoreksi sambungan λ

adalah faktor waktu

α

adalah sudut antara sumbu dua batang

γ

adalah modulus beban adalah faktor tahanan lentur = 0,85 adalah faktor tahanan tekan = 0,90 adalah faktor tahanan stabilitas = 0,85 adalah faktor tahanan tarik sejajar serat = 0,80 adalah faktor tahanan geser / puntir = 0,75 adalah faktor tahanan sambungan = 0,65

ρ

adalah kerapatan kayu dalam kondisi basah, kg/m³

θ

adalah sudut sambungan

DAFTAR TABEL

Tabel 2.01

Kelas awet kayu

Tabel 2.02

Kelas kuat kayu

Tabel 2.03

Nilai kuat acuan (Mpa) berdasarkan pemilahan secara mekanis pada kadar air 15%

Tabel 2.04

Nilai rasio tahanan berdasarkan kelas mutu

Tabel 2.05

Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu

Tabel 2.06

Faktor tahanan

Tabel 2.07

Faktor waktu

Tabel 2.08

Nilai faktor koreksi layan basah

Tabel 2.09

Nilai faktor koreksi temperatur

Tabel 2.10

Faktor koreksi untuk sambungan

Tabel 2.11

Faktor tekuk untuk berbagai kelas kayu

Tabel 2.12

Tahanan lateral acuan satu baut (Z) pada sambungan dengan satu irisan yang menyambung dua komponen

Tabel 2.13

Tahanan lateral acuan satu baut (Z) pada sambungan dengan dua irisan yang menyambung tiga komponen