Analisis dan Eksperimen Pengujian Balok Kayu yang Diawetkan Terhadap Kuat Lentur Balok Kayu
ANALISIS DAN EKSPERIMEN PENGUJIAN BALOK KAYU YANG DIAWETKAN
TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh:
SORAYA MUTHMA INNAH NASUTION
13 0404 084
Dosen Pembimbing:
Ir. BESMAN SURBAKTI, M.T
NIP. 195410121980031004
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2017
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya ucapkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga
saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam bagi Nabi Muhammad SAW
yang telah memberikan teladan dalam menjalankan aktivitas sehari-hari, sehingga Tugas
Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis dan Eksperimen Pengujian Balok
Kayu yang Diawetkan Terhadap Kuat Lentur Balok Kayu” ini dimaksudkan untuk
melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik
Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Dengan rendah hati saya mohon maaf jika dalam penulisan tugas akhir ini masih
terdapat kekurangan dalam penulisan maupun perhitungan. Saya juga sangat mengharapkan
saran dan kritik dari para pembaca dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi
bimbingan, arahan, dan saran kepada saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, ST,MT, selaku ketua Departeman Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Andy Putra Rambe, MBA, selaku Sekretaris Departeman Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Rahmi Karolina, ST,MT, dan Ibu Nursyamsi ST, MT, selaku Dosen Pembanding
dan Penguji Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan ilmunya kepada Saya selama menempuh
masa studi di Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Kepada pegawai administrasi dan pengawai-pegawai Departeman Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Orang tua saya, Bapak Ir. Sutan Nasution dan Ibu Ratna Sari Siregar, S.Pd yang selalu
menberikan doa, kasih sayang, motivasi dan materi kepada saya sehingga saya bisa
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
ii
Universitas Sumatera Utara
8. Adik-adik dan sepupu saya; Alia Rahmi Nasution, Muhammad Yusuf Nasution, Siti
Rahmah Nasution, Muhammad Azhar Nasution dan Ilham Fadillah yang selalu
memberikan dukungan, motivasi, dan bantuan kepada saya.
9. Teman-teman tercinta saya; Artika, Asafin, Cicilia, Dea, Elisa, Maylisa, Rizka Amalia
dan Rizka Meylani yang selalu memotivasi dan membantu saya dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
10. Silvy Desharma selaku partner saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
11. Teman-teman angkatan 2013; Juanda, Randi Meka, Firman, Alby, Jeremy, Fadel,
Rony, Rijal, dan teman-teman lainnya yang tidak bisa disebutkan satu-satu oleh saya.
12. Kak Sinintia Arissa yang sangat sabar menjawab pertanyaan-pertanyaan saya dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
13. Adik-adik angkatan 2016; Fachri Hasan Lubis, Dandy Permana Abdi, Eka Fadli,
Shaleh, Rijal Purba, Irfan Gultom, David, Rafly, dan adik-adik angkatan 2016
lainnya.
14. Asisten Laboratorium Teknik Sipil Polmed, Asisten Laboratorium Teknologi Hasil
Hutan kehutanan USU, dan Asisten Laboratorium Struktur Fakultas Teknik USU.
15. Bang Ir. Koresj Sirait yang memberikan pinjaman alat uji lentur.
16. Seluruh pihak yang membantu dan mendukung saya dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu,
saya sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf
Pengajar serta rekan-rekan mahasiswa dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih. Saya berharap semoga laporan Tugas
Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan,
Juni 2017
Soraya Muthma Innah
13 0404 084
iii
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS DAN EKSPERIMEN PENGUJIAN BALOK KAYU YANG DIAWETKAN
TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU
ABSTRAK
Kayu adalah bahan material struktur yang lama dikenal masyarakat. Material kayu memiliki
berat jenis yang ringan dan proses pengerjaannya dapat dilakukan dengan peralatan
sederhana. Tindakan pengawetan kayu adalah kegiatan untuk memperpanjang umur pakai
kayu baik secara kimia maupun fisika. Penelitian ini menggunakan benda uji berupa balok
kayu berukuran struktural yang diawetkan dengan metode rendaman dingin dengan boraks
konsentrasi 10%. Tujuan dari penelitian ini ialah untuk mengetahui pengaruh pengawetan
kayu terhadap kekuatan lentur balok kayu.Balok kayu direncanakan berukuran 75 mm x 100
mm x 2000 mm dengan variasi 2 tiap jenis benda uji. Balok kayu memiliki perletakan sendirol dan diberikan pembebanan terpusat third point loading. Hasil yang diperoleh secara
teoritis, balok kayu yang belum diawetkan, yaitu Pmaks=5724,244 kg; tegangan lentur (Fb) =
91,5879 Mpa dan lendutan maksimum (δ)= 58,088 mm. Berdasarkan pengujian di
laboratorium, balok kayu 1 sebelum diawetkan (BKU 1) , yaitu Pmaks=3653,6529 kg; Fb =
58,4584 Mpa dan δ = 37,076 mm. Untuk balok kayu 2 sebelum diawetkan (BKU 2),
Pmaks=3548,193 kg; Fb = 56,771 Mpa dan δ = 36,006 mm. Sedangkan balok kayu 1 sesudah
diawetkan (BKP 1), yaitu Pmaks= 3759,113 kg; Fb = 60,1458 Mpa dan δ = 38,1465 mm.
Untuk balok kayu 2 sesudah diawetkan (BKP 2), Pmaks=4286,415 kg; Fb = 68,5826 Mpa
dan δ = 43,4974 mm. Pengawetan kayu dengan metode rendaman dingin selama 10 hari
meningkatkan kekuatan lentur balok kayu sebesar 11,715 %.
Kata kunci
: pengawetan, rendaman dingin, balok kayu struktural, third point loading,
kekuatan lentur.
iv
Universitas Sumatera Utara
ANALYSIS AND EXPERIMENT OF PRESERVED TIMBER BEAM ON THE
FLEXURAL STRENGTH
ABSTRACT
Wood is one of the structural materials that has been known to the public. Wood material has
a light weight and the process can be done with simple equipment. Timber preservation is an
activity to extend the life of wood both chemically and physically. This research uses test
specimens of structural-sized logs preserved by cold soak method with borax with
concentration of 10%. The purpose of this research is to obtain the effect of wood
preservation on the flexural strength of logs. Timber blocks are planned to be 75 mm x 100
mm x 2000 mm with variation of 2 (two number) of each type of specimen. The wooden beam
has a roll-joint placement and is given a central loading of third point loading.Theoretically
derived results, unpreserved logs, ie Pmax = 5724,244 kg; Bending stress (Fb) = 91.5879
Mpa and maximum deflection (δ) = 58,088 mm. Based on laboratory test, timber 1 before
preserved (BKU 1), ie Pmax = 3653,6529 kg; Fb = 58,4584 Mpa and δ = 37,076 mm. For
timber beam 2 before preserved (BKU 2), Pmax = 3548,193 kg; Fb = 56.771 Mpa and δ =
36.006 mm. While timber block 1 after preserved (BKP 1), namely Pmax = 3759,113 kg; Fb
= 60,1458 Mpa and δ = 38,1465 mm. For timber beam 2 after being preserved (BKP 2),
Pmax = 4286,415 kg; Fb = 68,5826 Mpa and δ = 43.4974 mm. Preservation of wood by 10
days of cold soaking method increased the flexural strength of logs by 11.715%.
Keywords
: preservation, cold soaking, structural sized beam, third point loading,
flexural strength
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ........................................................................................................ ii
Abstrak...................................................................................................................... iv
Daftar Isi ................................................................................................................... vi
Daftar Tabel ............................................................................................................. x
Daftar Gambar ......................................................................................................... xii
Daftar Notasi ............................................................................................................ xvi
BAB 1
PENDAHULUAN. .................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang........................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ................................................................................... 2
1.3. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 2
1.4. Manfaat Penelitian ..................................................................................... 3
1.5. Metodologi Penelitian ............................................................................... 3
1.6. Batasan Masalah ........................................................................................ 4
1.7. Sistematika Penulisan ................................................................................ 5
BAB II STUDI PUSTAKA .................................................................................... 6
2.1. Kayu .......................................................................................................... 6
2.1.1. Sifat Fisis Kayu.................................................................................. 7
2.1.2. Sifat Mekanis Kayu ........................................................................... 8
2.1.3. Perilaku kayu terhadap temperatur dan waktu................................... 12
vi
Universitas Sumatera Utara
2.2. Pengawetan Kayu ...................................................................................... 15
2.2.1. Bahan Pengawet Kayu ....................................................................... 17
2.2.2. Metode Pengawetan Kayu ................................................................. 19
2.3. Kekuatan Lentur Balok.............................................................................. 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 22
3.1. Flowchart Penelitian .................................................................................. 22
3.2. Persiapan dan Pelaksanaan Pengujian ....................................................... 23
3.2.1.Persiapan Pengujian ............................................................................ 23
3.2.2. Pengujian Physical dan Mechanical Properties ................................. 23
3.1.2.1. Pengujian Kadar Air ................................................................ 23
3.1.2.2. Pengujian Berat Jenis............................................................... 24
3.1.2.3. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ........................................ 25
3.1.2.4. Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 26
3.1.2.5. Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ......................................... 27
3.1.2.6. Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 28
3.1.2.7. Pengujian Kuat Lentur ............................................................. 29
3.1.2.8. Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ......................................... 30
3.3. Pengawetan Balok Kayu............................................................................ 31
3.4. Pengujian Kuat Lentur Balok Kayu .......................................................... 32
BAB IV ANALISA DAN HASIL PEMBAHASAN ............................................ 34
4.1. Hasil Penelitian .......................................................................................... 34
vii
Universitas Sumatera Utara
4.1.1. Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu .............. 34
4.1.1.1. Pengujian Kadar Air ................................................................ 34
4.1.1.2. Pengujian Berat Jenis............................................................... 35
4.1.1.3. Pengujian Susut ....................................................................... 37
4.1.1.4. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ........................................ 39
4.1.1.5. Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 43
4.1.1.6. Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ......................................... 47
4.1.1.7. Pengujian Kuat Tarik Tegak Lurus Serat ................................ 51
4.1.1.8. Pengujian Kuat Lentur ............................................................. 55
4.1.1.9. Pengujian Elastisitas Lentur .................................................... 59
4.1.1.10. Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ....................................... 64
4.1.2. Kesimpulan Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties
Kayu ................................................................................................... 68
4.1.3. Hasil Perhitungan Tegangan Lentur Balok kayu Sebelum Pengawetan
Secara Analisis ................................................................................... 74
4.1.3.Hasil Perhitungan Tegangan Lentur dan Lendutan Balok Kayu
(Eksperimen) ...................................................................................... 78
4.2. Pembahasan Hasil Pengujian ..................................................................... 82
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 85
5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 85
V.2. Saran ......................................................................................................... 86
Daftar pustaka.......................................................................................................... xviii
Daftar lampiran ....................................................................................................... xx
viii
Universitas Sumatera Utara
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
BAB 1
Tidak terdapat tabel
BAB II
Tidak terdapat tabel
BAB III
Tidak terdapat tabel
BAB IV
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Kadar Air ........................................................................ 35
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Berat Jenis ...................................................................... 36
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Susut ............................................................................... 38
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ................................................ 40
Tabel 4.5. Hasil Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ....................................... 44
Tabel 4.6. Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ................................................. 48
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ....................................... 52
Tabel 4.8. Hasil Pengujian Kuat Lentur..................................................................... 56
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Elastisitas ........................................................................ 60
Tabel 4.10. Modulus Elastisitas Rata-Rata ................................................................ 64
Tabel 4.11. Hasil Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat............................................... 65
Tabel 4.12. Rangkuman Pengujian Physical dan Mechanical Properties (SNI-03) .. 69
x
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.13. Hasil Pengujian Tegangan lentur Benda Uji 1 (BKU 1) ............................ 74
Tabel 4.14. Hasil Pengujian Tegangan lentur Benda Uji 2 (BKU 2) ............................ 75
Tabel 4.15. Hasil Pengujian Tegangan Lentur Benda Uji 1 (BKP 1) ........................ 78
Tabel 4.16. Hasil Pengujian Tegangan Lentur Benda Uji 2 (BKP 2) ........................ 79
Tabel 4.17. Hasil perbandingan analisis dan eksperimen tegangan lentur balok kayu
sebelum diawetkan .................................................................................. 82
Tabel 4.18. Hasil perbandingan analisis dan eksperimen lendutan balok kayu sesudah
diawetkan ................................................................................................ 82
BAB V
Tida terdapat tabel
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
BAB 1
Tidak terdapat Gambar
BAB II
Gambar 2.1. Batang kayu menerima gaya tekan sejajar serat.......................................... 9
Gambar 2.2.Batang kayu menerima gaya tekan tegak lurus serat ............................. 10
Gambar 2.3. Batang kayu menerima beban lengkung ............................................... 10
Gambar 2.4. Hubungan antara tegangan dan regangan dalam uji tekanan sejajar serat
yang khas ................................................................................................... 11
Gambar 2.5. Hubungan antara tingkat beban dan waktu sampai rusak untuk kayu
bebas cacat dan produk hutan majemuk .................................................... 14
BAB III
Gambar 3.1. Sampel Pengujian Kadar Air................................................................. 23
Gambar 3.2. Sampel Pengujian Berat Jenis ............................................................... 24
Gambar 3.3. Sampel Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat......................................... 25
Gambar 3.4. Sampel Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 26
Gambar 3.5. Sampel Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat .......................................... 27
Gambar 3.6. Sampel Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 28
Gambar 3.7. Sampel Pengujian Kuat Lentur ............................................................. 29
Gambar 3.8. Sampel Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ......................................... 30
Gambar 3.9. Letak Beban dan Tumpuan ................................................................... 33
xii
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
Gambar 4.1. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 41
Gambar 4.2. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 41
Gambar 4.3. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 42
Gambar 4.4. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 42
Gambar 4.5. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 43
Gambar 4.6. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tekan
tegak lurus serat) ................................................................................... 45
Gambar 4.7. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tekan
tegak lurus serat) ................................................................................... 45
Gambar 4.8. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tekan
tegak lurus serat) ................................................................................... 46
Gambar 4.9. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat tekan
tegak lurus serat) ................................................................................... 46
Gambar 4.10. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat
tekan tegak lurus serat) ......................................................................... 47
Gambar 4.11. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 49
Gambar 4.12. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 49
Gambar 4.13. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 50
xiii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.14. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 50
Gambar 4.15. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 51
Gambar 4.16. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tarik
tegak lurus serat) ................................................................................ 53
Gambar 4.17. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tarik
tegak lurus serat) ..................................................................................... 53
Gambar 4.18. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tarik
tegak lurus serat) ..................................................................................... 54
Gambar 4.19. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat tarik
tegak lurus serat) ..................................................................................... 54
Gambar 4.20. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat tarik
tegak lurus serat) ..................................................................................... 55
Gambar 4.21. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 57
Gambar 4.22. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 57
Gambar 4.23. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 58
Gambar 4.24. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 58
Gambar 4.25. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 59
Gambar 4.26. Grafik Beban-Lendutan Hasil Pengujian Sampel Kayu 1 .................. 61
Gambar 4.27. Grafik Beban-Lendutan Hasil Pengujian Sampel Kayu 2 .................. 62
Gambar 4.28. Grafik Beban-Lendutan Hasil Pengujian Sampel Kayu 3 .................. 63
xiv
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.29.Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat
geser) ....................................................................................................... 66
Gambar 4.30. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat
geser) ....................................................................................................... 66
Gambar 4.31. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat
geser) ....................................................................................................... 67
Gambar 4.32. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat
geser) ....................................................................................................... 67
Gambar 4.33. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat
geser) ....................................................................................................... 68
Gambar 4.34. Pembebanan Pada Saat Pengujian Balok ............................................ 70
Gambar 4.35. Bidang Momen balok dan metode momen sebagai muatan ............... 72
Gambar 4.36. Grafik Beban-Lendutan Balok Sebelum Diawetkan ........................... 77
Gambar 4.37. Grafik Beban-Lendutan Balok Sebelum Diawetkan (BKU 1)............ 77
Gambar 4.38. Grafik Beban-Lendutan Balok Sebelum Diawetkan (BKU 2)............ 78
Gambar 4.39. Grafik Beban-Lendutan Balok Sesudah Diawetkan ........................... 80
Gambar 4.40. Grafik Beban-Lendutan Balok Sesudah Diawetkan (BKP 1) ............. 81
Gambar 4.37. Grafik Beban-Lendutan Balok Sesudah Diawetkan (BKP 2) ............. 81
BAB V
Tidak terdapat Gambar
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
Luas penampang kayu (mm4)
b
lebar penampang bahan
h
tinggi penampang bahan
KA
kadar air (%)
BJ
Berat jenis kayu
E
Modulus elastisitas kayu (Mpa)
Kuat tekan sejajar serat (Mpa)
Kuat tekan tegak lurus serat (Mpa)
Kuat tarik sejajar serat (Mpa)
Kuat tarik sejajar serat (Mpa)
fb
Kuat lentur (Mpa)
Kuat geser (Mpa)
Pmaks
Beban maksimum (kg)
q
Berat sendiri balok (kg/m)
I
Momen inersia penampang (mm4)
w
Section modulus (mm3)
P
Gaya luar (kg)
Lendutan (mm)
a
Jarak antara perletakan dengan third point loading (mm)
BA
Berat kayu basah (gr)
BKO
Berat kayu kering oven (gr)
K
Konstanta (1000 dalam gr)
xvi
Universitas Sumatera Utara
l
Panjang bentang (m)
G
Berat jenis kayu pada kadar air 15%
xvii
Universitas Sumatera Utara
TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh:
SORAYA MUTHMA INNAH NASUTION
13 0404 084
Dosen Pembimbing:
Ir. BESMAN SURBAKTI, M.T
NIP. 195410121980031004
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2017
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya ucapkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga
saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam bagi Nabi Muhammad SAW
yang telah memberikan teladan dalam menjalankan aktivitas sehari-hari, sehingga Tugas
Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis dan Eksperimen Pengujian Balok
Kayu yang Diawetkan Terhadap Kuat Lentur Balok Kayu” ini dimaksudkan untuk
melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik
Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Dengan rendah hati saya mohon maaf jika dalam penulisan tugas akhir ini masih
terdapat kekurangan dalam penulisan maupun perhitungan. Saya juga sangat mengharapkan
saran dan kritik dari para pembaca dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi
bimbingan, arahan, dan saran kepada saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, ST,MT, selaku ketua Departeman Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Andy Putra Rambe, MBA, selaku Sekretaris Departeman Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Rahmi Karolina, ST,MT, dan Ibu Nursyamsi ST, MT, selaku Dosen Pembanding
dan Penguji Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan ilmunya kepada Saya selama menempuh
masa studi di Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Kepada pegawai administrasi dan pengawai-pegawai Departeman Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Orang tua saya, Bapak Ir. Sutan Nasution dan Ibu Ratna Sari Siregar, S.Pd yang selalu
menberikan doa, kasih sayang, motivasi dan materi kepada saya sehingga saya bisa
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
ii
Universitas Sumatera Utara
8. Adik-adik dan sepupu saya; Alia Rahmi Nasution, Muhammad Yusuf Nasution, Siti
Rahmah Nasution, Muhammad Azhar Nasution dan Ilham Fadillah yang selalu
memberikan dukungan, motivasi, dan bantuan kepada saya.
9. Teman-teman tercinta saya; Artika, Asafin, Cicilia, Dea, Elisa, Maylisa, Rizka Amalia
dan Rizka Meylani yang selalu memotivasi dan membantu saya dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
10. Silvy Desharma selaku partner saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
11. Teman-teman angkatan 2013; Juanda, Randi Meka, Firman, Alby, Jeremy, Fadel,
Rony, Rijal, dan teman-teman lainnya yang tidak bisa disebutkan satu-satu oleh saya.
12. Kak Sinintia Arissa yang sangat sabar menjawab pertanyaan-pertanyaan saya dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
13. Adik-adik angkatan 2016; Fachri Hasan Lubis, Dandy Permana Abdi, Eka Fadli,
Shaleh, Rijal Purba, Irfan Gultom, David, Rafly, dan adik-adik angkatan 2016
lainnya.
14. Asisten Laboratorium Teknik Sipil Polmed, Asisten Laboratorium Teknologi Hasil
Hutan kehutanan USU, dan Asisten Laboratorium Struktur Fakultas Teknik USU.
15. Bang Ir. Koresj Sirait yang memberikan pinjaman alat uji lentur.
16. Seluruh pihak yang membantu dan mendukung saya dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu,
saya sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf
Pengajar serta rekan-rekan mahasiswa dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih. Saya berharap semoga laporan Tugas
Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan,
Juni 2017
Soraya Muthma Innah
13 0404 084
iii
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS DAN EKSPERIMEN PENGUJIAN BALOK KAYU YANG DIAWETKAN
TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU
ABSTRAK
Kayu adalah bahan material struktur yang lama dikenal masyarakat. Material kayu memiliki
berat jenis yang ringan dan proses pengerjaannya dapat dilakukan dengan peralatan
sederhana. Tindakan pengawetan kayu adalah kegiatan untuk memperpanjang umur pakai
kayu baik secara kimia maupun fisika. Penelitian ini menggunakan benda uji berupa balok
kayu berukuran struktural yang diawetkan dengan metode rendaman dingin dengan boraks
konsentrasi 10%. Tujuan dari penelitian ini ialah untuk mengetahui pengaruh pengawetan
kayu terhadap kekuatan lentur balok kayu.Balok kayu direncanakan berukuran 75 mm x 100
mm x 2000 mm dengan variasi 2 tiap jenis benda uji. Balok kayu memiliki perletakan sendirol dan diberikan pembebanan terpusat third point loading. Hasil yang diperoleh secara
teoritis, balok kayu yang belum diawetkan, yaitu Pmaks=5724,244 kg; tegangan lentur (Fb) =
91,5879 Mpa dan lendutan maksimum (δ)= 58,088 mm. Berdasarkan pengujian di
laboratorium, balok kayu 1 sebelum diawetkan (BKU 1) , yaitu Pmaks=3653,6529 kg; Fb =
58,4584 Mpa dan δ = 37,076 mm. Untuk balok kayu 2 sebelum diawetkan (BKU 2),
Pmaks=3548,193 kg; Fb = 56,771 Mpa dan δ = 36,006 mm. Sedangkan balok kayu 1 sesudah
diawetkan (BKP 1), yaitu Pmaks= 3759,113 kg; Fb = 60,1458 Mpa dan δ = 38,1465 mm.
Untuk balok kayu 2 sesudah diawetkan (BKP 2), Pmaks=4286,415 kg; Fb = 68,5826 Mpa
dan δ = 43,4974 mm. Pengawetan kayu dengan metode rendaman dingin selama 10 hari
meningkatkan kekuatan lentur balok kayu sebesar 11,715 %.
Kata kunci
: pengawetan, rendaman dingin, balok kayu struktural, third point loading,
kekuatan lentur.
iv
Universitas Sumatera Utara
ANALYSIS AND EXPERIMENT OF PRESERVED TIMBER BEAM ON THE
FLEXURAL STRENGTH
ABSTRACT
Wood is one of the structural materials that has been known to the public. Wood material has
a light weight and the process can be done with simple equipment. Timber preservation is an
activity to extend the life of wood both chemically and physically. This research uses test
specimens of structural-sized logs preserved by cold soak method with borax with
concentration of 10%. The purpose of this research is to obtain the effect of wood
preservation on the flexural strength of logs. Timber blocks are planned to be 75 mm x 100
mm x 2000 mm with variation of 2 (two number) of each type of specimen. The wooden beam
has a roll-joint placement and is given a central loading of third point loading.Theoretically
derived results, unpreserved logs, ie Pmax = 5724,244 kg; Bending stress (Fb) = 91.5879
Mpa and maximum deflection (δ) = 58,088 mm. Based on laboratory test, timber 1 before
preserved (BKU 1), ie Pmax = 3653,6529 kg; Fb = 58,4584 Mpa and δ = 37,076 mm. For
timber beam 2 before preserved (BKU 2), Pmax = 3548,193 kg; Fb = 56.771 Mpa and δ =
36.006 mm. While timber block 1 after preserved (BKP 1), namely Pmax = 3759,113 kg; Fb
= 60,1458 Mpa and δ = 38,1465 mm. For timber beam 2 after being preserved (BKP 2),
Pmax = 4286,415 kg; Fb = 68,5826 Mpa and δ = 43.4974 mm. Preservation of wood by 10
days of cold soaking method increased the flexural strength of logs by 11.715%.
Keywords
: preservation, cold soaking, structural sized beam, third point loading,
flexural strength
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ........................................................................................................ ii
Abstrak...................................................................................................................... iv
Daftar Isi ................................................................................................................... vi
Daftar Tabel ............................................................................................................. x
Daftar Gambar ......................................................................................................... xii
Daftar Notasi ............................................................................................................ xvi
BAB 1
PENDAHULUAN. .................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang........................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ................................................................................... 2
1.3. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 2
1.4. Manfaat Penelitian ..................................................................................... 3
1.5. Metodologi Penelitian ............................................................................... 3
1.6. Batasan Masalah ........................................................................................ 4
1.7. Sistematika Penulisan ................................................................................ 5
BAB II STUDI PUSTAKA .................................................................................... 6
2.1. Kayu .......................................................................................................... 6
2.1.1. Sifat Fisis Kayu.................................................................................. 7
2.1.2. Sifat Mekanis Kayu ........................................................................... 8
2.1.3. Perilaku kayu terhadap temperatur dan waktu................................... 12
vi
Universitas Sumatera Utara
2.2. Pengawetan Kayu ...................................................................................... 15
2.2.1. Bahan Pengawet Kayu ....................................................................... 17
2.2.2. Metode Pengawetan Kayu ................................................................. 19
2.3. Kekuatan Lentur Balok.............................................................................. 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 22
3.1. Flowchart Penelitian .................................................................................. 22
3.2. Persiapan dan Pelaksanaan Pengujian ....................................................... 23
3.2.1.Persiapan Pengujian ............................................................................ 23
3.2.2. Pengujian Physical dan Mechanical Properties ................................. 23
3.1.2.1. Pengujian Kadar Air ................................................................ 23
3.1.2.2. Pengujian Berat Jenis............................................................... 24
3.1.2.3. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ........................................ 25
3.1.2.4. Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 26
3.1.2.5. Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ......................................... 27
3.1.2.6. Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 28
3.1.2.7. Pengujian Kuat Lentur ............................................................. 29
3.1.2.8. Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ......................................... 30
3.3. Pengawetan Balok Kayu............................................................................ 31
3.4. Pengujian Kuat Lentur Balok Kayu .......................................................... 32
BAB IV ANALISA DAN HASIL PEMBAHASAN ............................................ 34
4.1. Hasil Penelitian .......................................................................................... 34
vii
Universitas Sumatera Utara
4.1.1. Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu .............. 34
4.1.1.1. Pengujian Kadar Air ................................................................ 34
4.1.1.2. Pengujian Berat Jenis............................................................... 35
4.1.1.3. Pengujian Susut ....................................................................... 37
4.1.1.4. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ........................................ 39
4.1.1.5. Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 43
4.1.1.6. Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ......................................... 47
4.1.1.7. Pengujian Kuat Tarik Tegak Lurus Serat ................................ 51
4.1.1.8. Pengujian Kuat Lentur ............................................................. 55
4.1.1.9. Pengujian Elastisitas Lentur .................................................... 59
4.1.1.10. Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ....................................... 64
4.1.2. Kesimpulan Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties
Kayu ................................................................................................... 68
4.1.3. Hasil Perhitungan Tegangan Lentur Balok kayu Sebelum Pengawetan
Secara Analisis ................................................................................... 74
4.1.3.Hasil Perhitungan Tegangan Lentur dan Lendutan Balok Kayu
(Eksperimen) ...................................................................................... 78
4.2. Pembahasan Hasil Pengujian ..................................................................... 82
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 85
5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 85
V.2. Saran ......................................................................................................... 86
Daftar pustaka.......................................................................................................... xviii
Daftar lampiran ....................................................................................................... xx
viii
Universitas Sumatera Utara
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
BAB 1
Tidak terdapat tabel
BAB II
Tidak terdapat tabel
BAB III
Tidak terdapat tabel
BAB IV
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Kadar Air ........................................................................ 35
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Berat Jenis ...................................................................... 36
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Susut ............................................................................... 38
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ................................................ 40
Tabel 4.5. Hasil Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ....................................... 44
Tabel 4.6. Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ................................................. 48
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ....................................... 52
Tabel 4.8. Hasil Pengujian Kuat Lentur..................................................................... 56
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Elastisitas ........................................................................ 60
Tabel 4.10. Modulus Elastisitas Rata-Rata ................................................................ 64
Tabel 4.11. Hasil Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat............................................... 65
Tabel 4.12. Rangkuman Pengujian Physical dan Mechanical Properties (SNI-03) .. 69
x
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.13. Hasil Pengujian Tegangan lentur Benda Uji 1 (BKU 1) ............................ 74
Tabel 4.14. Hasil Pengujian Tegangan lentur Benda Uji 2 (BKU 2) ............................ 75
Tabel 4.15. Hasil Pengujian Tegangan Lentur Benda Uji 1 (BKP 1) ........................ 78
Tabel 4.16. Hasil Pengujian Tegangan Lentur Benda Uji 2 (BKP 2) ........................ 79
Tabel 4.17. Hasil perbandingan analisis dan eksperimen tegangan lentur balok kayu
sebelum diawetkan .................................................................................. 82
Tabel 4.18. Hasil perbandingan analisis dan eksperimen lendutan balok kayu sesudah
diawetkan ................................................................................................ 82
BAB V
Tida terdapat tabel
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
BAB 1
Tidak terdapat Gambar
BAB II
Gambar 2.1. Batang kayu menerima gaya tekan sejajar serat.......................................... 9
Gambar 2.2.Batang kayu menerima gaya tekan tegak lurus serat ............................. 10
Gambar 2.3. Batang kayu menerima beban lengkung ............................................... 10
Gambar 2.4. Hubungan antara tegangan dan regangan dalam uji tekanan sejajar serat
yang khas ................................................................................................... 11
Gambar 2.5. Hubungan antara tingkat beban dan waktu sampai rusak untuk kayu
bebas cacat dan produk hutan majemuk .................................................... 14
BAB III
Gambar 3.1. Sampel Pengujian Kadar Air................................................................. 23
Gambar 3.2. Sampel Pengujian Berat Jenis ............................................................... 24
Gambar 3.3. Sampel Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat......................................... 25
Gambar 3.4. Sampel Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 26
Gambar 3.5. Sampel Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat .......................................... 27
Gambar 3.6. Sampel Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ............................... 28
Gambar 3.7. Sampel Pengujian Kuat Lentur ............................................................. 29
Gambar 3.8. Sampel Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ......................................... 30
Gambar 3.9. Letak Beban dan Tumpuan ................................................................... 33
xii
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
Gambar 4.1. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 41
Gambar 4.2. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 41
Gambar 4.3. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 42
Gambar 4.4. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 42
Gambar 4.5. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat tekan
sejajar serat) .......................................................................................... 43
Gambar 4.6. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tekan
tegak lurus serat) ................................................................................... 45
Gambar 4.7. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tekan
tegak lurus serat) ................................................................................... 45
Gambar 4.8. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tekan
tegak lurus serat) ................................................................................... 46
Gambar 4.9. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat tekan
tegak lurus serat) ................................................................................... 46
Gambar 4.10. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat
tekan tegak lurus serat) ......................................................................... 47
Gambar 4.11. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 49
Gambar 4.12. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 49
Gambar 4.13. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 50
xiii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.14. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 50
Gambar 4.15. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat tarik
sejajar serat)........................................................................................ 51
Gambar 4.16. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tarik
tegak lurus serat) ................................................................................ 53
Gambar 4.17. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tarik
tegak lurus serat) ..................................................................................... 53
Gambar 4.18. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tarik
tegak lurus serat) ..................................................................................... 54
Gambar 4.19. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat tarik
tegak lurus serat) ..................................................................................... 54
Gambar 4.20. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat tarik
tegak lurus serat) ..................................................................................... 55
Gambar 4.21. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 57
Gambar 4.22. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 57
Gambar 4.23. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 58
Gambar 4.24. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 58
Gambar 4.25. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat
lentur) ...................................................................................................... 59
Gambar 4.26. Grafik Beban-Lendutan Hasil Pengujian Sampel Kayu 1 .................. 61
Gambar 4.27. Grafik Beban-Lendutan Hasil Pengujian Sampel Kayu 2 .................. 62
Gambar 4.28. Grafik Beban-Lendutan Hasil Pengujian Sampel Kayu 3 .................. 63
xiv
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.29.Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat
geser) ....................................................................................................... 66
Gambar 4.30. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat
geser) ....................................................................................................... 66
Gambar 4.31. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat
geser) ....................................................................................................... 67
Gambar 4.32. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat
geser) ....................................................................................................... 67
Gambar 4.33. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat
geser) ....................................................................................................... 68
Gambar 4.34. Pembebanan Pada Saat Pengujian Balok ............................................ 70
Gambar 4.35. Bidang Momen balok dan metode momen sebagai muatan ............... 72
Gambar 4.36. Grafik Beban-Lendutan Balok Sebelum Diawetkan ........................... 77
Gambar 4.37. Grafik Beban-Lendutan Balok Sebelum Diawetkan (BKU 1)............ 77
Gambar 4.38. Grafik Beban-Lendutan Balok Sebelum Diawetkan (BKU 2)............ 78
Gambar 4.39. Grafik Beban-Lendutan Balok Sesudah Diawetkan ........................... 80
Gambar 4.40. Grafik Beban-Lendutan Balok Sesudah Diawetkan (BKP 1) ............. 81
Gambar 4.37. Grafik Beban-Lendutan Balok Sesudah Diawetkan (BKP 2) ............. 81
BAB V
Tidak terdapat Gambar
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
Luas penampang kayu (mm4)
b
lebar penampang bahan
h
tinggi penampang bahan
KA
kadar air (%)
BJ
Berat jenis kayu
E
Modulus elastisitas kayu (Mpa)
Kuat tekan sejajar serat (Mpa)
Kuat tekan tegak lurus serat (Mpa)
Kuat tarik sejajar serat (Mpa)
Kuat tarik sejajar serat (Mpa)
fb
Kuat lentur (Mpa)
Kuat geser (Mpa)
Pmaks
Beban maksimum (kg)
q
Berat sendiri balok (kg/m)
I
Momen inersia penampang (mm4)
w
Section modulus (mm3)
P
Gaya luar (kg)
Lendutan (mm)
a
Jarak antara perletakan dengan third point loading (mm)
BA
Berat kayu basah (gr)
BKO
Berat kayu kering oven (gr)
K
Konstanta (1000 dalam gr)
xvi
Universitas Sumatera Utara
l
Panjang bentang (m)
G
Berat jenis kayu pada kadar air 15%
xvii
Universitas Sumatera Utara