Study of mangium for mechanical laminated timber and double shear connection using shear connector

KAJIAN BALOK SUSUN DAN SAMBUNGAN PASAK GESER
TAMPANG DUA KAYU MANGIUM

F. DWI JOKO PRIYONO

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Kajian Balok Susun dan Sambungan Pasak
Geser Tampang Dua Kayu Mangium adalah karya saya sendiri dengan arahan dari dosen
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 di bagian akhir dari disertasi ini.

Bogor, Januari 2012


F. Dwi Joko Priyono
NIM E016010051/IPK

ii

ABSTRACT
F. DWI JOKO PRIYONO. Study of Mangium for Mechanical Laminated Timber and Double Shear
Connection Using Shear Connector. Under the supervision of SURJONO SURJOKUSUMO, YUSUF
S. HADI and NARESWORO NUGROHO.
Mangium wood from the timber estate have been developed continuously in an effort to reach the
fulfilling of wood fiber and construction material needs to replace role of timber from the natural
forests which has decrease. Timber connection requires a connector such as bolt that can distribute
the load of wood to wood both the compression or tensile stress through all the connections. Bearing
slip connector is a connector that is inserted into the hole in the wood, and burdened pressure and
shear. Connection with the bolts most commonly used because making easier, however, the
connection type is less efficient due to shear forces in the event it will be retained by the bolts and
wood with only a cross-sectional area of the bolt. The research trying to find the 17 years old
mangium properties as a building material and its engineered wood properties especially as double
shear connection timber and mechanical laminated timber which using shear connector. The
connector made of different materials, consists of

similar mangium, mangium compressed,
ironwood and steel. The bearing slip connector consist of two forms (dowel and rectangular) and
arranged on one until three pairs of connector. The double shear component size and placement based
on R-SNI(2002), each form of the sample was made in 4 replications and all of them have tested
using a 35-ton Baldwin UTM.
Mangium wood is classified in the III strength grade according to PKKI (1961), meanwhile if using
modulus of elasticity results as a determination of quality grade based on RSNI (2002), the mangium
includes in the quality code of E-11. The result of research also found that the rectangular steel
bearing slip connector has the highest equations meanwhile the lowest equation was the ironwood
materials. All of equations give high correlations ( R2 between 0.743 to 0.947). Bearing slip
connector can improve the ability of the connection in load-bearing. Densified of mangium able to
raise the connection system's ability however not significantly, both in strength and displacement.
Ironwood connector are not well used as a retaining shear pin because of easy to sliding split and
significantly much below capacity than mangium wood. Steel connector result the load-bearing above
significantly than mangium and ironwood. Dowel do not differ in terms of strength as compared with
rectangle in proportional limit, and each additional number of connector producing an increase in
load-bearing ability significantly. Observation on the displacement value shows that for the
value which applied usually in Indonesia reach the strength ratio (SR) as 92.21%
to
the proportion limit and 44.91% to the maximum load. This value was in below position of the

US standard (24.17 and 11.77%) and of the Australian standard (51.46% and 25.06%) to the
proportional limit and maximum load respectively. Displacement achievement at the proportional
limit varies from 1.1 mm to 2.2 mm, so that the minimum requirement of 1.5 mm displacement is not
fulfilled by some treatments, however all of the connection system have passing the 1 mm
displacement. Mangium mechanical laminated timber using steel shear connector has increased the
MoR and MoE as much as 52 and 28,5% respectively comparing to the mangium solid beam.
Key words: 17 years old mangium, displacement, double shear connection, shear connector, wood
properties.

iii

RINGKASAN
F. DWI JOKO PRIYONO. Kajian Balok Susun dan Sambungan Pasak Geser Tampang Dua
Kayu Mangium. Dibimbing oleh SURJONO SURJOKUSUMO, YUSUF S. HADI dan
NARESWORO NUGROHO.
Upaya memperbesar dimensi kayu yang bermanfaat bagi tujuan struktural inilah yang
menjadi dasar pemikiran dilakukannya penelitian ini, sehingga diperoleh pengetahuan baru
tentang sifat yang dimilikinya guna memenuhi kepentingan kayu struktural. Percobaan
dilakukan terhadap model sambungan kayu dengan pasak berpenahan geser (shear
connector) sehingga keberhasilan penelitian ini akan memberi peluang baik pada sambungan

kayu maupun pada kayu lamina mekanis. Sambungan dengan baut adalah jenis sambungan
yang paling sering digunakan karena faktor kemudahan dalam pengerjaan. Namun demikian,
jenis sambungan tersebut kurang efisien karena bila terjadi gaya geser maka akan ditahan
oleh baut dan kayu dengan hanya seluas penampang baut. Disamping itu, kuat tekan kayunya
adalah seluas lubang baut, yaitu diameter lubang baut dikalikan tebal kayu. Hal tersebut
akan berbeda kalau digunakan sambungan pasak, dimana yang akan menahan gaya aksial
adalah pasak dan kayu, yaitu untuk geser pasak adalah luas penampang pasak dikalikan
panjang pasak, sedang untuk kuat tekan kayu adalah sebesar setengah luas penampang
lubang pasak dikalikan dengan panjang lubang pasak. Untuk itu penelitian ini diharapkan
mampu menjawab awal tantangan kebutuhan data teknologi rekayasa kayu tersebut
khususnya bagi jenis mangium sebagai salah satu jenis kayu budidaya yang diunggulkan.
Tujuan umum penelitian yang akan dilaksanakan adalah meningkatkan peran kayu
hasil budidaya hutan tanaman khususnya kayu mangium sebagai kayu konstruksi, sedangkan
tujuan khusus penelitian antara lain data sifat fisis dan mekanis kayu mangium umur 17
tahun melalui pengujian contoh kecil bebas cacat (small clear specimen) guna diketahui sifat
dasarnya, melihat kelayakan kayu mangium pada kisaran umur 17 tahun sebagai bahan
kayu konstruksi melalui pemilahan kayu ukuran full-scale (baik secara visual maupun
masinal) dan penentuan tegangan ijin. Selain itu mengembangkan teknologi pasak penahan
geser pada sambungan kayu tampang dua dengan menggunakan dua bentuk pasak yakni
pasak bulat (dowel) dan pasak segi empat, tiga jenis bahan pasak yakni pasak sejenis tanpa

perlakuan, pasak sejenis yang dipadatkan (densifikasi) dan pasak baja, serta menggunakan
dua jenis alat pengencang yaitu baut dan pelekap bambu berbaji, dan mencoba suatu bentuk
sambungan tampang dua dengan variasi jumlah dan ukuran jarak peletakan pasak bulat
(dowel) dan pasak segi empat terhadap ujung, sisi dan spasi antar pasak dalam suatu susunan
pasak dan arah pembebanannya.
Penelitian dilakukan dengan mempertimbangkan status pengetahuan (state of the art)
sambungan kayu dengan pasak penahan geser dan mengandung nilai kebaruan dalam
beberapa aspek antara lain sambungan dengan berbagai variasi pasak, variasi sistem
sambungan, variasi bahan pasak dan upaya pemadatan kayu sebagai bahan pasak geser.
Bahan penelitian berupa kayu mangium diperoleh dari areal HTI PT ITCI-Hutani Manunggal
di Kenangan, Balikpapan Seberang, Kalimantan Timur. Pengujian dilakukan di laboratorium
di lingkungan Departemen Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian
Bogor dan Laboratorium Sifat Fisik dan Mekanik Kayu Pustekolah Bogor sejak Desember
2009-Agustus 2011.
Pengujian sifat dasar kayu dalam ukuran contoh kecil bebas cacat (ckbc) mengikuti
ASTM D-143 (2008) untuk semua sifat fisis dan mekanisnya. Untuk pengujian sifat dasar
iv

balok menggunakan dua metoda, yaitu menentukan tegangan ijin lentur melalui pemilahan
secara visual dan penentuan tegangan ijin lentur secara masinal. Secara visual dilakukan

dengan pengukuran dimensi, pengamatan cacat kayu, pengukuran kadar air dan penimbangan
kayu, lalu ditentukan kelas mutunya berdasarkan NI-5 PKKI 1961. Pengujian secara masinal
menggunakan mesin pemilah Panter MPK-5 dengan cara meletakkan kayu di atas mesin
tersebut. Untuk lebih membuktikan nilai sifat mekanisnya, setelah diuji dengan mesin Panter
MPK-5, kayu kemudian diuji sifat mekanisnya berdasarkan Standar ASTM D-198 (2008)
pada mesin UTM Shimadzu dengan jarak sangga 240 cm dan dengan metoda third point
loading. Penentuan kekuatan kayu mangium sebagai kayu konstruksi dalam format LRFD
dihitung dengan prosedur realibility normalization dengan standar ASTM D-5457 (2008).
Dari beberapa perhitungan yang dilakukan di atas akan diperoleh kekuatan karakteristik,
tegangan ijin lentur, kelas mutu, tahanan referensi dan nilai ataupun kelas kekuatan lainnya
sesuai dengan pedoman yang dipergunakan. Untuk pengujian non destruktif ckbc dan balok
menggunakan alat NDT Sylvatest-Duo (f = 22 kHz). Alat tersebut mempunyai dua
transducer gelombang ultrasonik yang masing-masing ditancapkan di kedua ujung kayu
yang diuji sampai kecepatan gelombang dapat terbaca pada panel alat (dalam mikrodetik).
Pengujian sambungan kayu dilakukan atas dua bagian yakni pengujian atas 13 sistem
sambungan yang ukurannya sama namun berbeda dalam penggunaan pasak, pasak geser
serta pengencangnya. Bagian kedua merupakan pengujian faktorial sambungan atas
perlakuan 3 faktor yakni jenis pasak geser (bulat dan segi empat), jumlah pasak (sepasang,
dua dan tiga pasang), serta bahan pasak (pasak mangium yang sejenis dengan komponen
sambungan, pasak mangium yang dipadatkan, pasak ulin serta pasak baja).

Metoda analisis data atas 13 sistem sambungan disusun dalam ANOVA melalui
Desain Eksperimen Satu Faktor dalam Program Minitab versi 14, baik bagi kemampuan
sistem sambungan maupun sesaran yang terjadi pada titik beban maksimum maupun
kemampuan pada batas proporsi. Analisis statistik tentang kemampuan sistem sambungan
dalam pola faktorial menggunakan rancangan percobaan faktorial 2 x 3 x 4 dalam RCBD
yang terdiri atas faktor A (bentuk pasak penahan geser) yang terdiri atas 2 level perekat yaitu
a 1 (pasak penahan geser bentuk bulat), a 2 (pasak penahan beser bentuk segi empat), faktor B
(jumlah pasangan pasak) yang terdiri atas tiga level lapisan yaitu b 1 (sepasang pasak penahan
geser), b2 (dua pasang pasak penahan geser) dan b3 (tiga pasang pasak penahan geser) dan
faktor C (jenis bahan pasak penahan geser) yang terdiri atas empat level yaitu c 1 (pasak
mangium sejenis dengan komponen sambungan), c 2 (pasak mangium dipadatkan), d 3 (pasak
ulin) dan d 4 (pasak baja). Uji lanjut dengan HSD.
Hasil penelitian membuktikan bahwa kayu mangium 17 tahun masih memiliki nilai
rataan sifat fisik dan mekanik yang tidak jauh berbeda dari kayu mangium umur muda (812 tahun) namun lebih nyata dalam tampilan dekoratif, sementara sifat kayu ini
cenderung menurun seiring dengan posisi ketinggian pada batang meski beberapa sifat
tidak signifikan. Kayu mangium yang diuji 73% termasuk kayu bermutu A
dan dalam kelas kuat III menurut PKKI (1961). Jika modulus elastisitas CKBC
digunakan sebagai penentuan kode mutu berdasarkan RSNI (2002), mangium termasuk kayu
dalam kode mutu E11, namun bila ditinjau dari pengamatan visual (visual grading) balok
berada pada kode mutu E26, kuat tekan

sejajar serat pada E13-E14, namun sebaliknya mangium memiliki kelemahan pada kuat geser
sejajar serat dan tekan tegaklurus serat karena hanya berada pada kelas kode mutu