Analisa dan Eksperimen Kolom Kayu Ganda Terhadap Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Material kayu sudah digunakan sebagai bahan konstruksi telah lama
dikenal oleh masyarakat. Kayu dipilih sebagai bahan struktur karena ringan dan
memerlukan peralatan yang sederhana dalam proses pengerjaannya. Selain
merupakan bahan yang mudah pengerjaannya, kayu juga mudah ditemukan di
alam. Kayu bersifat renewable yaitu sumbernya menjamin ketersediaan sepanjang
masa selama pengelolaan sumber daya alamnya dilakukan secara lestari
(Surjokusumo dkk, 2003 dalam Ali Awaluddin, 2005). Artinya, jika pohon-pohon
ditebang untuk diambil kayunya, maka tanah hutan harus segera ditanami kembali
dengan bibit pohon baru agar sumber kayu tidak habis. Diperkirakan untuk masamasa mendatang, kayu akan selalu tetap dibutuhkan sebagai bahan konstruksi.
Sebagai bahan dari alam, kayu dapat terurai secara sempurna sehingga tidak ada
istilah limbah pada konstruksi kayu (Awaluddin dkk, 2005).
Penggunaan material kayu sebagai bahan konstruksi didasari oleh faktor
kekuatan serta faktor estetika sebagai bahan dekorasi di samping bahan
konstruksi. Hal tersebut disebabkan oleh fisik alami pada kayu yang memliki
bermacam warna dan jenis serat. Penampakan alaminya dapat meningkatkan
keindahan bangunan khususnya untuk struktur terbuka (exposed structures ).
Kayu diketahui memiliki beberapa sifat istimewa, seperti sifat higroskopis
yaitu kemampuan kayu untuk menyerap dan melepaskan kembali uap atau cairan
dengan baik, memiliki sifat elastis sehingga mudah dibentuk, ulet, memiliki
20
ketahanan terhadap pembebanan yang tegak lurus maupun sejajar seratnya, dan
awet apabila dirawat dengan baik. Sifat-sifat ini menjadikan material kayu
memiliki keunggulan jika dibandingkan dengan material lainnya, seperti beton,
baja atau kaca.
Secara umum, penggunaan material kayu dalam bidang konstruksi yang
dikenal ialah kolom (tiang). Kolom merupakan komponen struktur yang memiliki
peran penting sebagai penahan beban akibat gaya aksial. Suatu batang dapat
memikul tarik, tekan, momen ataupun kombinasinya. Kegagalan kolom akan
menyebabkan keruntuhan pada komponen struktur lain yang berhubungan dengan
kolom tersebut. Hal ini disebabkan oleh panjang, lebar, bentuk, dan tinggi suatu
komponen struktur yang mempengaruhi tekukan yang akan terjadi. Tekuk kolom
umumnya hanya mengalami kombinasi momen dengan tekan. Banyak orang telah
meneliti dan mengemukakan teori tentang tekuk pada kolom, salah satunya adalah
Leonhardt Euler pada tahun 1759.
Umumnya kolom berbentuk bujur sangkar. Jika kolom berpenampang
bujur sangkar tidak mampu menahan tekuk, maka dapat digunakan kolom ganda
yang disambung dengan klos dan baut. Kolom ganda ini biasanya disebut juga
kolom berspasi. Kolom berspasi memiliki dua sumbu utama yang melalui titik
berat penampang, yaitu sumbu bahan dan sumbu bebas bahan.
Melalui percobaan ini penulis ingin melihat sejauh mana perhitungan
kekuatan kayu ganda dengan klos yang disambung dengan baut, serta
pengaruhnya terhadap sumbu bahan dan bebas bahan. Pengujian tekuk dilakukan
dengan alat pengujian tekuk modifikasi di laboratorium struktur.
21
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
0,5
0,65
0,7
0,80
1,0
1,2
1,0
1,0
2,0
2,10
2,0
2,0
Garis terputus menunjukkan
diagram kolom tertekuk
Nilai Kc teoritis
Nilai Kc yang dianjurkan untuk
kolom yang mendekati kondisi
idiil
Jepit
Kode ujung
Sendi
Hall tanpa putaran sudut/Jepit bergoyang
Ujung bebas/Jepit bebas
Gambar 1.1. Jenis Tekuk Kolom Euler
Mengacu pada uraian diatas, penulis akan mencoba menganalisa teori
maupun perumusan tekuk kolom ganda dengan melakukan penelitian di
laboratorium sesuai dengan judul “Analisisdan Eksperimen Kolom Kayu Ganda
Terhadap Sumbu Bahan serta Sumbu Bebas Bahan”.
1.2.
Tujuan Penelitian
a. Mendapatkan gambaran tentang uji tekuk kolom kayu.
22
b. Mendapatkan gambaran pengaruh tekuk terhadap sumbu bahan dan
sumbu bebas bahan pada kolom ganda yang diletakkan dengan dua
posisi yang berbeda.
c. Membandingkan
beban
kritis,
panjang
tekuk,
dan
jari-jari
kelembaman benda uji dari hasil analitis dan eksperimental.
1.3.
Perumusan Masalah
Dari latar belakang dapat dirumuskan suatu permasalahan, sebagai berikut:
a. Bagaimana keadaan beban kritis, panjang tekuk, dan jari-jari
kelembaman benda uji?
b. Bagaimana perilaku benda uji kolom kayu ganda dengan klos yang
disambung dengan baut apabila dibebani secara normal sentris yang
tergantung pada perletakkan dan panjang benda uji?
c. Bagaimana pengaruh tekuk terhadap sumbu bahan dan sumbu bebas
bahan pada kolom kayu ganda dengan adanya variasi klos dan posisi
kolom diletakkan secara berbeda?
1.4.
Metode Penelitian
Metodologi dan tahapan pelaksanaan yang dibuat penulis dalam
pengerjaan tugas akhir ini menggunakan beberapa pendekatan antara lain:
a.
Analisa physical dan mechanical properties kayu;
b.
Analisa perhitungan berdasarkan teori Euler dan Tetmayer;
c.
Analisa hasil pengujian laboratorium;
23
d.
Membandingkan
hasil
analisa
perhitungandengan
pengujian
laboratorium.
1.5.
Batasan Masalah
Mengingat dalam penelitian yang akan dilakukan terdapat keterbatasan
alat uji tekuk, maka beberapa lingkup masalah yang dibatasi akan dibahas sebagai
berikut:
a.
Pembebanan kolom kayu tersebut adalah pembebanan normal
sentris;
b.
Perletakkan yang ditinjau adalah sendi-sendi;
c.
Mechanical Properties yang konstan dari setiap jenis kayu;
d.
Benda uji yang digunakan adalah kayu durian;
e.
Pengujian dilakukan menggunakan 3 (tiga) buah benda uji dengan
variasi jumlah klos;
f.
Pengujian kolom kayu ganda diletakkan pada dua posisi yang
berbeda;
g.
Penampang batang kayu yang diuji adalah batang ganda dengan klos
yang disambung dengan baut dan dimensi kayunya 2,5 x 5 x 15
untuk kolom ganda I, dan dimensi kayu 5 x 5 x 15 untuk kolom
ganda II dan III;
h.
Bentang benda uji kayu yang akan diuji ± 2 meter;
i.
Membandingkan pengaruh tekuk terhadap sumbu bahan serta sumbu
bebas bahan;
24
j.
Analisa perhitungan berdasarkan Peraturan Konstruksi Kayu
Indonesia.
1.6.
Mekanisme Pengujian
Pengujian dilakukan dengan meletakkan balok kayu durian secara
horizontal pada benda pengujian yang dimodifikasi dari profil baja dengan
bentang yang disesuaikan. Posisi perletakan kolom kayu ganda diletakkan dengan
ketentuan sebagai berikut:
a) Posisi pertama, sumbu bahan berada di sumbu x-x dan sumbu bebas
bahan berada di sumbu y-y. Benda uji yang digunakan adalah kolom
ganda I dengan 3 (tiga) buah klos.
b) Posisi kedua, sumbu bahan berada di sumbu y-y dan sumbu bebas
bahan berada di sumbu x-x. Benda uji yang digunakan adalah kolom
ganda II dengan 4 (empat) buah klos dan kolom ganda III dengan 5
(lima) buah klos.
Ukuran penampang kayu sudah didapat dan salah satu ujung baja dilas
sehingga menjadi perletakkan jepit, sedangkan ujung yang lain dibuat statis
sehingga dapat di geser untuk menyesuaikan ukuran balok. Beban P diberikan
secara bertahap pada salah satu ujung balok secara horizontal dengan alat jack
searah dengan normal sentrisnya. Dial gauge diletakkan pada titik-titik daerah
lemah kayu sehingga dapat dilihat apabila terjadi retak dan hasil pembacaan dial
dicatat maupun retak yang terjadi diberi tanda. Lebih jelasnya dapat dilihat pada
gambar dibawah.
25
Gambar 1.2. Potongan Melintang Posisi Perletakan Kolom Kayu
Ganda
Gambar 1.3. Model Pengujian dan Benda Uji
26
1.7
Sistematika Penulisan
Sistematika Pembahasan ini bertujuan untuk memberikan gambaran secara
garis besar isi setiap bab yang dibahas pada Tugas akhir ini. Sistematika penulisan
ini adalah sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan
penelitian, metodologi penelitian, batasan masalah, mekanisme pengujian, dan
sistematika penulisan dari tugas akhir ini.
BAB II. STUDI PUSTAKA
Bab ini berisi uraian umum dan khusus tentang kayu dan kolom kayu
ganda, serta sumbu bahan dan sumbu bebas bahan yang akan diteliti berdasarkan
referensi-referensi yang diperoleh oleh penulis.
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi uraian tentang persiapan penelitian mencakup penyediaan
bahan dan pekerjaan pertukangan hingga pelaksanaan penelitian.
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi analisa dan hasil pengujian benda uji dalam penelitian di
laboratorium yang meliputi: hasil pengujian pengaruh tekuk kolom kayu ganda ke
sumbu bahan dan sumbu bebas bahan, serta pembahasannya.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan yang dapat diambil dari seluruh kegiatan tugas
akhir ini dengan menitikberatkan pada pengaruh tekuk terhadap sumbu bahan
serta sumbu bebas bahan pada kolom kayu ganda dan beberapa saran untuk
penelitian selanjutnya.
27
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Material kayu sudah digunakan sebagai bahan konstruksi telah lama
dikenal oleh masyarakat. Kayu dipilih sebagai bahan struktur karena ringan dan
memerlukan peralatan yang sederhana dalam proses pengerjaannya. Selain
merupakan bahan yang mudah pengerjaannya, kayu juga mudah ditemukan di
alam. Kayu bersifat renewable yaitu sumbernya menjamin ketersediaan sepanjang
masa selama pengelolaan sumber daya alamnya dilakukan secara lestari
(Surjokusumo dkk, 2003 dalam Ali Awaluddin, 2005). Artinya, jika pohon-pohon
ditebang untuk diambil kayunya, maka tanah hutan harus segera ditanami kembali
dengan bibit pohon baru agar sumber kayu tidak habis. Diperkirakan untuk masamasa mendatang, kayu akan selalu tetap dibutuhkan sebagai bahan konstruksi.
Sebagai bahan dari alam, kayu dapat terurai secara sempurna sehingga tidak ada
istilah limbah pada konstruksi kayu (Awaluddin dkk, 2005).
Penggunaan material kayu sebagai bahan konstruksi didasari oleh faktor
kekuatan serta faktor estetika sebagai bahan dekorasi di samping bahan
konstruksi. Hal tersebut disebabkan oleh fisik alami pada kayu yang memliki
bermacam warna dan jenis serat. Penampakan alaminya dapat meningkatkan
keindahan bangunan khususnya untuk struktur terbuka (exposed structures ).
Kayu diketahui memiliki beberapa sifat istimewa, seperti sifat higroskopis
yaitu kemampuan kayu untuk menyerap dan melepaskan kembali uap atau cairan
dengan baik, memiliki sifat elastis sehingga mudah dibentuk, ulet, memiliki
20
ketahanan terhadap pembebanan yang tegak lurus maupun sejajar seratnya, dan
awet apabila dirawat dengan baik. Sifat-sifat ini menjadikan material kayu
memiliki keunggulan jika dibandingkan dengan material lainnya, seperti beton,
baja atau kaca.
Secara umum, penggunaan material kayu dalam bidang konstruksi yang
dikenal ialah kolom (tiang). Kolom merupakan komponen struktur yang memiliki
peran penting sebagai penahan beban akibat gaya aksial. Suatu batang dapat
memikul tarik, tekan, momen ataupun kombinasinya. Kegagalan kolom akan
menyebabkan keruntuhan pada komponen struktur lain yang berhubungan dengan
kolom tersebut. Hal ini disebabkan oleh panjang, lebar, bentuk, dan tinggi suatu
komponen struktur yang mempengaruhi tekukan yang akan terjadi. Tekuk kolom
umumnya hanya mengalami kombinasi momen dengan tekan. Banyak orang telah
meneliti dan mengemukakan teori tentang tekuk pada kolom, salah satunya adalah
Leonhardt Euler pada tahun 1759.
Umumnya kolom berbentuk bujur sangkar. Jika kolom berpenampang
bujur sangkar tidak mampu menahan tekuk, maka dapat digunakan kolom ganda
yang disambung dengan klos dan baut. Kolom ganda ini biasanya disebut juga
kolom berspasi. Kolom berspasi memiliki dua sumbu utama yang melalui titik
berat penampang, yaitu sumbu bahan dan sumbu bebas bahan.
Melalui percobaan ini penulis ingin melihat sejauh mana perhitungan
kekuatan kayu ganda dengan klos yang disambung dengan baut, serta
pengaruhnya terhadap sumbu bahan dan bebas bahan. Pengujian tekuk dilakukan
dengan alat pengujian tekuk modifikasi di laboratorium struktur.
21
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
0,5
0,65
0,7
0,80
1,0
1,2
1,0
1,0
2,0
2,10
2,0
2,0
Garis terputus menunjukkan
diagram kolom tertekuk
Nilai Kc teoritis
Nilai Kc yang dianjurkan untuk
kolom yang mendekati kondisi
idiil
Jepit
Kode ujung
Sendi
Hall tanpa putaran sudut/Jepit bergoyang
Ujung bebas/Jepit bebas
Gambar 1.1. Jenis Tekuk Kolom Euler
Mengacu pada uraian diatas, penulis akan mencoba menganalisa teori
maupun perumusan tekuk kolom ganda dengan melakukan penelitian di
laboratorium sesuai dengan judul “Analisisdan Eksperimen Kolom Kayu Ganda
Terhadap Sumbu Bahan serta Sumbu Bebas Bahan”.
1.2.
Tujuan Penelitian
a. Mendapatkan gambaran tentang uji tekuk kolom kayu.
22
b. Mendapatkan gambaran pengaruh tekuk terhadap sumbu bahan dan
sumbu bebas bahan pada kolom ganda yang diletakkan dengan dua
posisi yang berbeda.
c. Membandingkan
beban
kritis,
panjang
tekuk,
dan
jari-jari
kelembaman benda uji dari hasil analitis dan eksperimental.
1.3.
Perumusan Masalah
Dari latar belakang dapat dirumuskan suatu permasalahan, sebagai berikut:
a. Bagaimana keadaan beban kritis, panjang tekuk, dan jari-jari
kelembaman benda uji?
b. Bagaimana perilaku benda uji kolom kayu ganda dengan klos yang
disambung dengan baut apabila dibebani secara normal sentris yang
tergantung pada perletakkan dan panjang benda uji?
c. Bagaimana pengaruh tekuk terhadap sumbu bahan dan sumbu bebas
bahan pada kolom kayu ganda dengan adanya variasi klos dan posisi
kolom diletakkan secara berbeda?
1.4.
Metode Penelitian
Metodologi dan tahapan pelaksanaan yang dibuat penulis dalam
pengerjaan tugas akhir ini menggunakan beberapa pendekatan antara lain:
a.
Analisa physical dan mechanical properties kayu;
b.
Analisa perhitungan berdasarkan teori Euler dan Tetmayer;
c.
Analisa hasil pengujian laboratorium;
23
d.
Membandingkan
hasil
analisa
perhitungandengan
pengujian
laboratorium.
1.5.
Batasan Masalah
Mengingat dalam penelitian yang akan dilakukan terdapat keterbatasan
alat uji tekuk, maka beberapa lingkup masalah yang dibatasi akan dibahas sebagai
berikut:
a.
Pembebanan kolom kayu tersebut adalah pembebanan normal
sentris;
b.
Perletakkan yang ditinjau adalah sendi-sendi;
c.
Mechanical Properties yang konstan dari setiap jenis kayu;
d.
Benda uji yang digunakan adalah kayu durian;
e.
Pengujian dilakukan menggunakan 3 (tiga) buah benda uji dengan
variasi jumlah klos;
f.
Pengujian kolom kayu ganda diletakkan pada dua posisi yang
berbeda;
g.
Penampang batang kayu yang diuji adalah batang ganda dengan klos
yang disambung dengan baut dan dimensi kayunya 2,5 x 5 x 15
untuk kolom ganda I, dan dimensi kayu 5 x 5 x 15 untuk kolom
ganda II dan III;
h.
Bentang benda uji kayu yang akan diuji ± 2 meter;
i.
Membandingkan pengaruh tekuk terhadap sumbu bahan serta sumbu
bebas bahan;
24
j.
Analisa perhitungan berdasarkan Peraturan Konstruksi Kayu
Indonesia.
1.6.
Mekanisme Pengujian
Pengujian dilakukan dengan meletakkan balok kayu durian secara
horizontal pada benda pengujian yang dimodifikasi dari profil baja dengan
bentang yang disesuaikan. Posisi perletakan kolom kayu ganda diletakkan dengan
ketentuan sebagai berikut:
a) Posisi pertama, sumbu bahan berada di sumbu x-x dan sumbu bebas
bahan berada di sumbu y-y. Benda uji yang digunakan adalah kolom
ganda I dengan 3 (tiga) buah klos.
b) Posisi kedua, sumbu bahan berada di sumbu y-y dan sumbu bebas
bahan berada di sumbu x-x. Benda uji yang digunakan adalah kolom
ganda II dengan 4 (empat) buah klos dan kolom ganda III dengan 5
(lima) buah klos.
Ukuran penampang kayu sudah didapat dan salah satu ujung baja dilas
sehingga menjadi perletakkan jepit, sedangkan ujung yang lain dibuat statis
sehingga dapat di geser untuk menyesuaikan ukuran balok. Beban P diberikan
secara bertahap pada salah satu ujung balok secara horizontal dengan alat jack
searah dengan normal sentrisnya. Dial gauge diletakkan pada titik-titik daerah
lemah kayu sehingga dapat dilihat apabila terjadi retak dan hasil pembacaan dial
dicatat maupun retak yang terjadi diberi tanda. Lebih jelasnya dapat dilihat pada
gambar dibawah.
25
Gambar 1.2. Potongan Melintang Posisi Perletakan Kolom Kayu
Ganda
Gambar 1.3. Model Pengujian dan Benda Uji
26
1.7
Sistematika Penulisan
Sistematika Pembahasan ini bertujuan untuk memberikan gambaran secara
garis besar isi setiap bab yang dibahas pada Tugas akhir ini. Sistematika penulisan
ini adalah sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan
penelitian, metodologi penelitian, batasan masalah, mekanisme pengujian, dan
sistematika penulisan dari tugas akhir ini.
BAB II. STUDI PUSTAKA
Bab ini berisi uraian umum dan khusus tentang kayu dan kolom kayu
ganda, serta sumbu bahan dan sumbu bebas bahan yang akan diteliti berdasarkan
referensi-referensi yang diperoleh oleh penulis.
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi uraian tentang persiapan penelitian mencakup penyediaan
bahan dan pekerjaan pertukangan hingga pelaksanaan penelitian.
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi analisa dan hasil pengujian benda uji dalam penelitian di
laboratorium yang meliputi: hasil pengujian pengaruh tekuk kolom kayu ganda ke
sumbu bahan dan sumbu bebas bahan, serta pembahasannya.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan yang dapat diambil dari seluruh kegiatan tugas
akhir ini dengan menitikberatkan pada pengaruh tekuk terhadap sumbu bahan
serta sumbu bebas bahan pada kolom kayu ganda dan beberapa saran untuk
penelitian selanjutnya.
27