terurai sempurna di alam sehingga tidak akan menjadi limbah saat tidak dipakai lagi. Tetapi bukan berarti kita dapat menghabiskan kayu dengan sebanyak-banyaknya, karena
kayu merupakan hasil tumbuhan dari alam maka harus dilestarikan, dengan begitu persedian kebutuhan kayu di masa depan dapat terpenuhi.
Seperti bahan konstruksi yang lainnya, kayu juga memiliki kekurangan dan kelebihan jika dibandingkan dengan bahan konstruksi yang lain seperti baja dan beton.
Mengenai kelebihan, k ayu mempunyai kuat tarik dan kuat tekan relatif tinggi, berat
yang relatif rendah, mempunyai daya tahan tinggi terhadap pengaruh kimia dan listrik,
dapat dengan mudah untuk dikerjakan, relatif murah, dapat mudah diganti bila mengalami kerusakan dan
bisa didapatkan dalam waktu singkat Yap, K.H Felix, 1965. Pemakaian kayu sebagai konstruksi dukung banyak menjadi alternatif pengganti besi
dan beton bertulang. Rata-rata konstruksi kayu dengan daya dukung yang sama, harganya ± 25 sampai 40 lebih murah dari pada konstruksi kayu dan beton
bertulang Suwarno Wiryomartono, 1976. Dengan demikian akan lebih ekonomis jika menggunakan kayu pada stuktur bangunan dan juga dapat memperindah desain
bangunan tersebut. Jika ingin membandingkan bahan konstruksi kayu dengan bahan konstruksi yang
lain kita harus mengetahui struktur anatomi dan sifat-sifat kayu sesuai dengan jenis kayu yang digunakan. Sifat-sifat yang perlu kita ketahui meliputi sifat umum kayu, sifat
fisik kayu physical properties, dan sifat mekanik kayu mechanical properties.
2.2.1. Kayu Panggoh
Tanaman aren Arenga pinnata tersebar di seluruh kepulauan nusantara, mulai dari dataran rendah hingga ketinggian 1400 meter di atas permukaan laut.
Pada eksperimen ini kayu yang digunakan menjadi bahan komposit beton-kayu sebagai
pengganti tulangan utama adalah kayu panggoh yang diambil dari pohon yang sudah tua. Kayu panggoh terdapat di bagian luar batang tanaman aren yang merupakan kayu
keras, kuat dan mengkilat. Dari sekitar 50 cm diameter batang aren, bagian pinggir yang keras hanya setebal 5-7 cm. Semakin ke atas, ketebalan kayu panggoh semakin
berkurang. Kayu panggoh berwarna hitam dan memiliki sifat tahan air, sehingga umumnya produk dengan bahan kayu panggoh lebih tahan lama.
2.2.2. Struktur Kayu
Kayu berasal dari jenis pohon yang berbeda-beda. Setiap pohon biasanya
memiliki susunan struktur yang sama walaupun memiliki sifat-sifat yang berbeda. Secara umum struktur kayu melintang menurut F.J. Dumanauw 2001 dibagi menjadi
10 bagian yaitu : 1 Kulit luar
2 Kulit dalam 3 Kambium
4 Kayu gubal kayu yang masih muda 5 Kayu teras
6 Hati kayu inti kayu 7 Lingkaran tahun
8 Jari-jari 9 Kayu awal
10 Kayu akhir
Gambar 2.1 Struktur kayu melintang
2.2.3. Sifat - Sifat Kayu
Kayu berasal dari berbagai jenis pohon yang berbeda-beda, bahkan kayu yang berasal dari pohon yang sama bisa memiliki sifat yang berbeda baik itu sifat fisiknya
ataupun tingkat kekuatannya. Kayu yang akan kita gunakan harus sesuai dengan jenis konstruksi yang akan kita
buat. Untuk mengetahui tingkat kekuatan kayu yang akan kita pakai maka kita harus mengetahui sifat-sifat kayu.
2.2.3.1.Sifat Umum Kayu
Kayu memiliki sifat-sifat yang sangat khas yang tidak dapat ditiru oleh bahan- bahan konstruksi yang lain. Disamping sifat-sifat kayu yang berbeda satu sama lain, ada
beberapa sifat-sifat umum yang terdapat hampir pada semua jenis kayu yaitu : a Semua kayu bersifat unisotropik, yaitu kayu akan memperlihatkan hasil yang
berbeda jika diuji berdasarkan tiga arah utamanya longitudinal, tangensial, dan radial. Hal ini disebabkan struktur dan orientasi selulosa dalam dinding sel,
Bentuk sel-sel kayu yang memanjang dan pengaturan sel terhadap sumbu vertikal dan horizontal pada batang pohon. Dimana sumbu longitudinal aksial
adalah sejajar serat-serat, sumbu tangensial adalah garis singgung cincin-cincin pertumbuhan, dan sumbu radial adalah tegak lurus pada cincin-cincin
pertumbuhan. Kekuatan atau tegangan pada ketiga sumbu arah tersebut tidaklah sama.
Gambar 2.2 Arah sumbu kayu b Semua batang pohon mempunyai pengaturan vertikal dan sifat simetri radial.
c Kayu memiliki sifat yang spesifik dan khas yang tidak dapat ditiru oleh bahan- bahan lainnya, misalnya kayu memiliki elastisitas serta kuat tekan dan kuat
tarik yang relatif tinggi. d Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe yang bermacam-macam dan
susunan dinding selnya terdiri dari senyawa-senyawa kimia berupa selulosa dan hemiselulosa unsur karbohidrat serta berupa lignin non- kharbohidrat.
e Kayu merupakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui renewable, dengan kata lain kayu tidak akan habis apabila dikelola dan diletarikan dengan
baik. f Kayu merupakan bahan yang bersifat higroskopik, yaitu dapat menyerap dan
melepaskan kandungan air akibat perubahan kelembaban suhu udara di sekelilingnya.
g Kayu adalah bahan yang dapat diserang oleh hama dan penyakit. Sifat ini disebut dengan sifat durabilitas. Durabilitas kayu adalah daya tahan suatu jenis
kayu terhadap faktor-faktor perusak yang datang dari luar kayu tersebut. h Daya tahan kayu pada pengaruh kimia dan listrik relatif tinggi, namun kayu
dapat terbakar no fire protection , terutama pada saat keadaan kering.
2.2.3.2.Sifat Fisik Kayu
Beberapa hal y ang tergolong dalam sifat fisik kayu adalah :
a Berat Jenis Kayu
Berat jenis merupakan hal yang sangat penting untuk mengenal jenis kayu. Dengan mengetahui bejat jenis suatu kayu maka kita akan mengetahui tingkat kekuatannya.
Berat jenis kayu berbanding lurus dengan kekuatan mekanis kayu. Umumnya makin berat kayu maka makin kuat pula kayunya, begitu juga sebaliknya.
Berat jenis ditentukan oleh tebal dinding sel kayu dan kecilnya rongga sel yang membentuk pori-pori. Berat jenis kayu diperoleh dari perbandingan antara berat suatu
volume kayu tertentu dengan volume air yang sama pada suhu standart. Umumnya berat jenis kayu ditentukan berdasarkan berat kayu kering udara, yaitu sekering-keringnya
tanpa ada proses pengeringan buatan. Tiap-tiap kayu mempunyai berat jenis yang berbeda-beda, berkisar antara mimimum 0,2 hingga BJ 1,28 SNI Kayu 2002.
b Kadar Air Kayu
Kayu bersifat higroskopis yang artinya kayu memiliki daya tarik terhadap air, baik dalam uap maupun cairan Jopie F.Dumanauw, 2001: 30. Kemampuan kayu untuk
menyerap atau mengeluarkan air tergantung pada suhu dan kelembaban udara sekeliling kayu itu berada. Kayu mempunyai sifat peka terhadap kelembaban karena pengaruh
kadar air yang menyebabkan mengembang dan menyusutnya kayu serta mempengaruhi pula sifat-sifat fisis dan mekanis kayu.
Kadar air didefinisikan sebagai banyaknya air yang terdapat dalam kayu yang dinyatakan dalam persen terhadap berat kering tanurnya. Kadar air sangat besar
pengaruhnya terhadap kekuatan kayu, terutama daya pikulnya terhadap tegangan desak sejajar arah serat dan juga tegak lurus arah serat kayu.
Kayu mengering pada saat air bebas keluar dan apabila air bebas itu habis keadaannya disebut titik jenuh serat Fibre Saturation Point . Kadar air pada saat itu
kira-kira 25 - 30. Apabila kayu mengering dibawah titik jenuh serat, dinding sel menjadi semakin padat sehingga mengakibatkan serat-seratnya menjadi kokoh dan kuat.
Pada umumnya kayu-kayu di Indonesia yang kering udara mempunyai kadar air antara 12-18, atau rata-ratanya adalah 15 SNI-5,2002; ASTM D2395-02. Tetapi
apabila berat dari benda uji tersebut menunjukkan angka yang terus-menerus menurun, maka kayu belum dapat dianggap kering udara.
2.2.3.3.Sifat Mekanik Kayu
Sifat-sifat mekanik atau kekuatan kayu adalah kemampuan kayu untuk menahan segala beban yang diterima dari luar. Beban dari luar yang dimaksud adalah gaya-gaya
di luar benda yang mampu mengubah bentuk dan besarnya benda itu sendiri. Jika ingin menggunakan kayu sebagai bahan konstruksi syarat kekuatan kayu harus terpenuhi.
Adapun sifat-sifat mekanis kayu yaitu:
a Keteguhan Tarik Tension Strength
Keteguhan tarik adalah kekuatan atau daya tahan kayu terhadap dua buah gaya yang bekerja bersifat menarik kayu ke arah yang berlawanan di tiap sisinya Gambar
2.3. Gaya tarik akan berusaha melepaskan ikatan antara serat-serat kayu yang diuji. Kekuatan tarik terbesar yang dimiliki kayu adalah kekuatan tarik yang sejajar dengan
arah seratnya. Kekuatan tarik kayu yang tegak lurus arah serat lebih kecil dari pada kekuatan kayu yang sejajar dengan arah serat.
Ketika diberikan gaya tarik P pada kayu, maka akan timbul tegangan- tegangan tarik yang jumlahnya sama dengan gaya tarik P dari luar. Makin besar gaya tarik maka
makin jelas pula reaksinya. Bila gaya tarik P semakin besar serat-serat kayu akan terlepas dan terjadilah patahan. Dalam suatu konstruksi bangunan, kegagalan akibat
patahan seperti ini tidak boleh terjadi. Untuk menjaga keamanan maka harus memenuhi syarat tegangan tarik izin dimana tegangan tarik yang masih diizinkan tidak terjadi
perubahan atau bahaya pada kayu yang dipakai. Sebagai contoh, untuk kayu dengan
kode mutu E20 tegangan tarik Ft yang diizinkan dalam arah sejajar serat adalah 44
MPa.
Gambar 2.3 Batang kayu yang mengalami gaya tarik
b Keteguhan Tekan Compression Strength
Keteguhan tekan adalah kekuatan atau daya tahan kayu terhadap gaya-gaya tekan yang bekerja sejajar atau tegak lurus serat kayu. Gaya tekan yang bekerja sejajar serat
kayu akan menimbulkan bahaya tekuk pada kayu tersebut, misalnya terjadi pada tiang pendekkolom Gambar 2.4. Sedangkan gaya tekan yang bekerja tegak lurus arah serat
akan menimbulkan retak pada kayu, misalnya terjadi pada bantalan rel kereta api yang terbuat dari bahan kayu.
Kekuatan tekan tegak lurus arah serat pada semua kayu lebih kecil dibandingkan kekuatan sejajar arah serat kayu Jopie F.Dumanauw, 2001. Kuat tekan sejajar serat
kayu 15 kali lebih kuat dari kuat tekan tegak lurus arah serat. Tegangan tekan terbesar dimana tidak menimbulkan adanya bahaya disebut tegangan tekan yang diizinkan.
Sedangkan kuat tekan kayu kira-kira setengah kuat tarik kayu.
Gambar 2.4 Batang kayu yang menerima gaya tekan P sejajar serat
Batang-batang kayu yang mempunyai dimensi panjang dan tipis seperti papan, akan mengalami kemungkinan bahaya kerusakan yang lebih besar ketika menerima
gaya tekan sejajar serat jika dibandingkan dengan gaya tekan tegak lurus serat kayu. Gaya tekan yang diberikan akan menyebabkan timbulnya tegangan tekan pada kayu.
Gambar 2.5 Batang kayu yang menerima gaya tekan P tegak lurus serat
c Keteguhan Geser
Keteguhan geser kayu adalah suatu ukuran kekuatan kayu dalam hal kemampuannya menahan gaya-gaya yang membuat suatu bagian kayu tersebut bergeser
atau tergelincir dari bagian lain di dekatnya Jopie F.Dumanauw, 2001. Dalam hal ini ada tiga jenis kuat geser pada kayu, yaitu keteguhan geser sejajar
serat, keteguhan geser tegak lurus arah serat, dan keteguhan geser miring. Pada keteguhan geser tegak lurus arah serat jauh lebih besar daripada keteguhan geser sejajar
arah serat. Tegangan geser terbesar yang tidak akan menimbulkan bahaya pada pergeseran serat kayu disebut tegangan geser yang diizinkan, dengan notasi Fv MPa.
Gaya Geser
P
P
Gambar 2.6 Batang kayu yang menerima gaya geser tegak lurus arah serat
d Keteguhan Lenkung Kuat Lentur
Keteguhan lengkung kuat lentur adalah kekuatan atau kemampuan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha melengkungkan kayu. Beban-beban yang dipikul
dapat berupa beban-beban statis beban hidup dan beban mati ataupun beban pukulan beban mendadak.
Gambar 2.7 Keteguhan lengkung pada kayu
e Elastisitas
Elastisitas kayu adalah tingkat kemampuan suatu kayu untuk dapat kembali ke bentuk semula setelah dilakukan pembebanan. Kayu mengikuti persamaan hukum
Hooke, dimana pertambahan panjang benda berbanding lurus dengan gaya yang diberikan kepada benda tersebut. Nilai modulus of elasticity MOE kayu antara 2500-
17000 Nmm
2
Kayu memiliki nilai MOE yang lebih rendah dari bahan-bahan lain, namun bila dilihat dari berat jenisnya, nilai elastisitasnya sebanding dengan baja. Nilai MOE
berbeda pada setiap arahnya aksial, tangensial, dan radial. Pada arah transversal tangensial dan radial hanya sekitar 300 – 600 Nmm
untuk arah aksial.
2
f Keteguhan Belah
SNI 2002.
Keteguhan belah adalah kemampuan kekuatan kayu dalam menahan gaya-gaya yang berusaha membelah kayu. Kayu lebih mudah membelah menurut arah sejajar serat
kayu Jopie F.Dumanauw, 2001. Keadaan kayu juga mempengaruhi sifat pembelahan, misalnya kayu yang basah lebih mudah dibelah daripada kayu yang telah kering.
2.2.4.Tegangan Bahan Kayu
T egangan atau kekuatan pada bahan seperti kayu adalah kemampuan kayu untuk
menahan beban dari luar atau beban yang berusaha merubah bentuk dan ukuran kayu tersebut. Akibat beban luar yang bekerja ini menyebabkan timbulnya gaya-gaya dalam
pada bahan yang berusaha menahan perubahan ukuran dan bentuk bahan. Gaya dalam ini disebut dengan tegangan Nmm
2
Jika tegangan yang bekerja kecil maka regangan atau deformasi yang terjadi juga kecil dan jika tegangan yang bekerja besar maka deformasi yang terjadi juga besar. Jika
kemudian tegangan dihilangkan maka bahan akan kembali kebentuk semula. Perubahan ukuran atau bentuk ini dikenal sebagai deformasi atau regangan.
.
Kemampuan bahan untuk kembali kebentuk semula tergantung pada besar sifat elastisitasnya. Jika tegangan yang diberikan melebihi daya dukung serat maka serat-
serat akan putus dan terjadi kegagalan atau keruntuhan. Deformasi sebanding dengan besarnya beban yang bekerja sampai pada satu titik. Titik ini adalah Limit Proporsional.
Setelah melewati titik ini besarnya deformasi akan bertambah lebih cepat dari besarnya beban yang diberikan. Hubungan antara beban dan deformasi ditunjukkan pada grafik
2.1.
Grafik 2.1 Grafik hubungan antara beban tekan dengan deformasi untuk tarikan dan tekanan
Kayu memiliki beberapa jenis tegangan. Sebagai contoh tegangan tekan cenderung memperpendek kayu sedangkan tegangan tarik akan memperpanjang kayu.
Biasanya kayu akan menderita kombinasi dari beberapa tegangan yang terjadi secara bersamaan meski salah satu jenis tegangan lebih mendominasi. Kemampuan untuk
melentur bebas dan kembali ke bentuk semula tergantung kepada elastisitas, dan kemampuan untuk menahan terjadinya perubahan bentuk disebut dengan kekakuan.
Modulus elastisitas adalah ukuran hubungan antara tegangan dan regangan dalam limit proporsional yang memberikan angka umum untuk menyatakan kekakuan atau
elastis suatu bahan. Semakin besar modulus elastisitas kayu, maka kayu tersebut semakin kaku.
Nilai tegangan diperoleh dari besarnya beban per luas penampang yang dibebani, dinyatakan dalam Nmm², atau:
Tegangan σ = =
dan regangan didefinisikan sebagai deformasi per ukuran semula yaitu: Regangan
ϵ = =
2.2.5.Kuat Acuan Berdasarkan Pemilahan Secara Mekanis
Pemilihan secara mekanis untuk mendapatkan modulus elastisitas lentur harus dilakukan dengan mengikuti standar pemilihan mekanis yang baku. Berdasarkan
modulus elastis lentur yang diperoleh secara mekanis, kuat acuan lainnya dapat diambil mengikuti tabel 2.1.
Tabel 2.1 Nilai kuat acuan berdasarkan atas pemilahan secara mekanis pada kadar air 15 berdasarkan PKKI NI - 5 2002
Kode Mutu
Modulus Elastisitas
Lentur Ew
MPa Kuat
Lentur Fb
MPa Kuat Tarik
Sejajar Serat
Ft MPa
Kuat Tekan Sejajar
Serat Fc
MPa Kuat
Geser Fv
MPa Kuat Tekan
Tegak Lurus Serat
Fc ┴
MPa
E26 25000
66 60
46 6,6
24 E25
24000 62
58 45
6,5 23
E24 23000
59 56
45 6,4
22 E23
22000 56
53 43
6,2 21
E22 21000
54 50
41 6,1
20 E21
20000 56
47 40
5,9 19
E20 19000
47 44
39 5,8
18 E19
18000 44
42 37
5,6 17
E18 17000
42 39
35 5,4
16 E17
16000 38
36 34
5,4 15
E16 15000
35 33
33 5,2
14 E15
14000 32
31 31
5,1 13
E14 13000
30 28
30 4,9
12 E13
14000 27
25 28
4,8 11
E12 13000
23 22
27 4,6
11 E11
12000 20
19 25
4,5 10
E10 11000
18 17
24 4,3
9
Faktor-faktor koreksi digunakan untuk menghitung nilai tahanan terkoreksi. Nilai faktor koreksi yang digunakan dalam menghitung nilai tahanan terkoreksi adalah
sebagai berikut : Tabel 2.2 Faktor koreksi layan basah, Cm berdasarkan PKKI NI - 5 2002
Fb Ft
Fv Fc
┴ Fc
E Balok Kayu
0,85 1,00
0,97 0,67
0,8 0,9
Balok Kayu Besar 125mm x 125mm atau lebih besar
1,00 1,00
1,00 0,67
0,91 1,00
Lantai Papan Kayu 0,85
- -
0,67 -
0,9 Glulam kayu laminasi structural
0,80 0,80
0,87 0,53
0,73 0,83
Untuk FbCf ≤8 Mpa , Cm = 1,0
Untuk FcCf ≤5 Mpa , Cm = 1,0
Tabel 2.3 Faktor koreksi temperature, Ct berdasarkan PKKI NI - 5 2002
Kondisi Acuan Kadar Air Pada Masa
Layan Ct
T ≤ 38ºC
38ºC T ≤ 52º
52ºC T ≤ 65º
Ft , E Basah atau Kering
1,0 0,9
0,9 Fb , Fc , Fv ,
Fc ┴
Kering 15 1,0
0,8 0,7
Basah 1,0
0,7 0,5
2.2.6.Kuat Acuan Berdasarkan Pemilahan Secara Visual
Pemilihan secara visual harus mengikuti standar pemilahan secara visual yang apabila pemeriksaan visual dilakukan berdasarkan atas pengukuran berat jenis kuat
acuan untuk kayu berserat lurus tanpa cacat dapat dihitung dengan menggunakan langkah-langkah berikut ini :
a Kerapatan ρ pada kondisi basah berat dan volume diukur pada kondisi basah,
tetapi kadar airnya lebih kecil dari 30 dihitung dengan mengikuti prosedur baku. Gunakan satuan kgm
3
b Kadar air, m m 30, diukur dengan prosedur baku. untuk ρ.
c Hitung berat jenis pada m Gm dengan rumus :
Gm =
d Hitung berat jenis dasar Gb dengan Rumus :
Gb =
;
dengan a = 30-m 30 e Hitung berat jenis pada kadar air 15 G
15
G
dengan rumus :
15 =
f Hitung estimasi kuat acuan dengan ketentuan nilai Modulus Elastisitas Lentur Ew = 16500 G
0,7
dimana G adalah berat jenis kayu pada kadar air 15 = G
15.
Tabel 2.4 Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu berdasarkan PKKI NI - 5 2002
Macam Cacat Kelas Mutu A
Kelas Mutu B Kelas Mutu C
Mata kayu: Terletak di muka lebar
Terletak di muka sempit Retak
Pingul
Arah serat
Saluran Damar
Gubal
Lubang serangga
Cacat lain lapuk , hati rapuh , retak melintang
16 lebar kayu 18 lebar kayu
15 lebar kayu 110 tebal atau lebar
kayu
1 : 13
15 tebal kayu eksudasi tidak
diperkenankan
Diperkenankan
Diperkenankan asal terpencar dan ukuran
dibatasi dan tidak ada tanda – tanda
serangga hidup
Tidak diperkenankan 14 lebar kayu
16 lebar kayu 16 lebar kayu
16 tebal atau lebar kayu
1 : 9
25 tebal kayu
Diperkenankan
Diperkenankan asal terpencar dan ukuran
dibatasi dan tidak ada tanda – tanda
serangga hidup
Tidak diperkenankan 12 lebar kayu
14 lebar kayu 12 lebar kayu
14 tebal atau lebar kayu
1 : 6
12 lebar kayu
Diperkenankan
Diperkenankan asal terpencar dan
ukuran dibatasi dan tidak ada tanda
– tanda serangga hidup
Tidak diperkenankan
Untuk kayu dengan serat tidak lurus dan atau mempunyai cacat kayu, estimasi nilai modulus elastisitas lentur acuan dari ketentuan f di atas harus direduksi dengan
mengikuti ketentuan pada SNI 03-3527-1994 UDC Universal Decimal Classification 691.11 tentang “Mutu Kayu Bangunan“ yaitu dengan mengalihkan estimasi nilai
modulus elastisitas nilai modulus elastisitas lentur acuan dari tabel 2.1 tersebut dengan nilai rasio tahanan yang ada pada tabel 2.2 yang bergantung pada kelas mutu kayu.
Kelas mutu kayu ditetapkan dengan mengacu pada tabel 2.5. Tabel 2.5 Nilai rasio tahanan berdasarkan PKKI NI - 5 2002
Kelas Mutu Nilai Rasio Tahanan
A 0,80
B 0,63
C 0,50
2.3. Beton