KAJIAN BALOK SUSUN DAN SAMBUNGAN PASAK GESER TAMPANG DUA KAYU MANGIUM
F. DWI JOKO PRIYONO
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2012
ii
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 E016010051IPK
iii
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-SNI2002, 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 R
2
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 systems 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
Key words: 17 years old mangium, displacement, double shear connection, shear connector, wood properties.
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.
iv
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
v
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, b
2
dua pasang pasak penahan geser dan b
3
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 8- 12 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 E
Selanjutnya kayu mangium umur 17 tahun memiliki sifat mekanis yang sangat erat hubungannya dengan berat jenis dengan koefisien korelasi 0,66 – 0,81, dan formula MoE
MPa = 16.000G 11, namun bila ditinjau dari pengamatan visual visual grading balok
berada pada kode mutu E10.
0,71
dapat diterapkan pada mangium yang diteliti. Untuk sortimen CKBC,
vi
prediktor kekakuan dinamis MoE
d
dapat digunakan untuk memperoleh nilai kekakuan dan keteguhan lentur statis MoE
s
dan MoR
s
serta prediktor MoE
s
untuk memperoleh MoR
s
Penelitian juga memperoleh hasil bahwa melalui pengujian CKBC yang dihitung dengan format LRFD membuktikan bahwa mangium yang diteliti memberikan keunggulan
nilai kuat lentur dan tarik sejajar serat karena kode mutu mencapai E24-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 E10 menurut tabel kuat acuan RSNI 2002. Nilai kuat acuan untuk sifat selain MoE pada Tabel
RSNI 2002 memiliki selisih yang sangat besar bila dibanding dengan nilai mangium yang diperoleh, dan hal tersebut di satu sisi berarti keuntungan bagi jenis mangium, atau bahan
pembanding bagi Tabel RSNI 2002. Sementara itu pengujian balok mangium dengan menggunakan format conversion ASD ke LRFD dan realibility normalization langsung
dengan LRFD menghasilkan kode mutu E16 dan E14, namun dalam bentuk balok hanya menghasilkan kode mutu E10 atas nilai MoE, sehingga balok mangium memiliki kelebihan
pada kuat lentur. dengan koefisien korelasi sebesar masing-masing 0,76; 0,75 dan 0,86.
Dalam hal hasil pemadatan kayu mangium, proses ini hanya mampu meningkatkan kepadatan 11, namun menaikkan keteguhan lentur sampai dengan 42, berat jenis dan
kekerasan radial sampai 9, serta 4 pada nilai modulus elastisitas lenturnya, dan kenampakan permukaan mangium yang dipadatkan menjadi lebih gelap dan berkilap.
Untuk hasil penelitian tentang sambungan kayu, setiap penambahan jumlah pasak menghasilkan kenaikan kemampuan menahan beban secara signifikan, dan setiap bahan
pasak memiliki karakter hubungan masing-masing terhadap kemampuan sistem sambungannya dengan nilai koefisien korelasi 0.7. Pasak bulat tidak berbeda
kemampuannya dibandingkan dengan pasak segi empat pada batas proporsi, namun berbeda sangat signifikan pada saat proses kerja pasak sesaran 1 mm dan pada capaian kemampuan
maksimum. Pemadatan pasak mangium tidak efektif dalam meningkatkan kemampuan menahan beban maksimum sambungan. Pasak kayu ulin ternyata hanya kuat pada saat awal
proses kerja pembebanan, namun secara signifikan jauh berada dibawah kemampuan kayu mangium saat mencapai kemampuan sambungan pada batas proporsi dan maksimumnya,
sedangkan untuk pasak baja mampu menahan beban secara signifikan jauh berada di atas pasak mangium maupun ulin.
Kemampuan ijin sistem sambungan berada pada 89 dan 43 terhadap kemampuan pada batas proporsi dan kemampuan maksimumnya, sementara bila digunakan nilai sesaran
maksimum 1,5 mm maka kemampuan ijin sistem sambungan tersebut berada pada 92 dan 44 terhadap kemampuan pada batas proporsi dan kemampuan maksimumnya.
Pada sistem sambungan yang berbeda, nilai kemampuan terendah dicapai oleh sambungan dengan pasak penahan geser bulat yang dibuat dari mangium tanpa perlakuan
dan pengencang plat klam, dan kemampuan tertinggi dicapai oleh sambungan dengan pasak penahan geser baja segiempat, sedangkan sambungan dengan pasak bambu memiliki sesaran
yang sangat tinggi 11,6 mm, sementara sambungan perekat menghasilkan keruntuhan yang tiba-tiba pada sesaran hanya 1 mm. Pencapaian sesaran pada batas proporsi bervariasi dari
1,1 mm sampai dengan 2,2 mm, sehingga syarat sebesar 1,5 mm tidak terpenuhi pada beberapa jenis sistem sambungan meski semua mampu melewati batas 1 mm. Untuk itu
ketentuan batas 1,5 mm disarankan untuk dinaikkan menjadi 1 mm sehingga lebih aman.
vii
Kata kunci: kayu mangium umur 17 tahun, pasak geser, sambungan tampang dua, sesaran, sifat mekanis kayu
© Hak cipta milik IPB, tahun 2012 Hak cipta dilindungi undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumber. a.
Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah.
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar.
2.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa seizin IPB.
viii
KAJIAN BALOK SUSUN DAN SAMBUNGAN PASAK GESER TAMPANG DUA KAYU MANGIUM
F. DWI JOKO PRIYONO
