Efektivitas Sambungan Kayu Pada Momen Maksimum Dengan Diameter Baut Bervariasi Pada Balok Sendi Rol(Kajian Eksperimental)
EFEKTIVITAS SAMBUNGAN KAYU PADA MOMEN MAKSIMUM
DENGAN DIAMETER BAUT BERVARIASI PADA BALOK SENDI
ROL
( KAJIAN EKSPERIMENTAL )
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
dalam menempuh Colloqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
MUHAMMAD SADIKIN
070404018
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadirat Allah SWT , yang telah melimpahkan rahmat dan karunia – NYA , sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir ini. Tugas akhir ini berjudul “EFEKTIVITAS SAMBUNGAN KAYU PADA MOMEN
MAKSIMUM DENGAN DIAMETER BAUT BERVARIASI PADA BALOK SENDI
ROL (EKSPERIMENTAL)“ yang disusun untuk melengkapi persyaratan dalam
menempuh ujian sarjana pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU.
Pada kesempatan ini , penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu , tenaga , pikiran untuk memberikan bimbingan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing, Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Seketaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak dan Ibu Dosen / Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara .
5. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini.
6. Buat keluarga saya, terutama kepada orang tua saya, Ayahanda H. Basri Abdurrahman dan Ibunda Hj. Dra. Nursyidah yang telah memberikan motivasi, semangat dan nasihat kepada saya.
7. Buat saudara-saudara saya Muhammad Soehail, SE, Muhammad Yoeqi, Amd, Aya Sofia dan Muhammad Firdaus yang telah memberikan dukungan dan doanya kepada penulis.
8. Terima kasih buat Ayu Ramadhana Sari dan sahabatku Yulia Velayyati, SE serta Rieni Triwahyuni, SE atas bantuan dan dukungannya.
9. Terima kasih teman – temanku Ghufran, Aulia, Arul, Alep, Dicky, Saki, Dipa, Alfri, Dean, Putri, Vina, Dina, Dita, Vivi, Faiz, Apis, Incen, Deddy, Umar, Muna, Agung, Arsad, Jora dan teman – teman angkatan ’07 lainnya yang tidak dapat disebutkan satu- persatu atas bantuan dan dukungannya.
10. Terima kasih buat teman-temanku Irza, Vela, Ibal, Adit, Chalis dan Andre atas bantuan dan dukungannya.
11. Terima kasih buat abang-abang dan kakak-kakak 06, 05, 04 lainnya atas bantuan dan dukungannya.
12. Terima kasih buat adik – adikku Bembeng, Udin, Rizqan, Hendri, Eko dan adik-adik 09, 10 lainnya atas bantuan dan dukungannya.
Para staf Laboratorium Beton dan asisten ( Mas Bandi, Ari Yusman, Hafiz, Prima, Rahmad, Oji).
Saya menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman serta referensi yagn saya miliki . Penulis sangat mengharapkan saran – saran dan kritik demi perbaikan pada masa mendatang.
Akhir kata , semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi ilmu pengetahuan dan teknologi , khususnya pada bidang teknik sipil.
Medan, Mei 2013 Penulis
( Muhammad Sadikin )
ABSTRAK
Kayu adalah bahan konstruksi yang mudah didapat di alam memiliki sifat dankarakteristik yang berbeda dari bahan konstruksi yang lain dari segi sifat fisis dan mekanis.
Kelebihan kayu adalah lebih murah, mudah didapat dan mudah pengerjaannya serta ringan
Kayu juga memiliki kekurangan antara lain serangan serangga, mudah terbakar, sifat kurang
awet dikarenakan sudah sulit ditemukan kayu yang dipasarkan telah cukup umur untuk
dipotong sehinggan masa layan kayu tidak cukup lama.Pada penelitian yang dilakukan ini, bahan sambungan yang akan digunakan adalah kayu dengan alat penyambung baut dengan diameter yang bervariasi yaitu Ø10 mm, Ø12 mm, dan Ø16 mm. Ketiganya akan dibandingkan dengan menggunakan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI NI-5 2002). Sehingga nantinya akan didapat hubungan antar beban (P) dan penurunan (deformasi) sampai pada beban ultimit pada tiap-tiap variasi diameter baut, baik secara teoritis maupun eksperimental.
Dari hasil penelitian didapat bahwa kayu kelapa terletak pada kode mutu E10
2
dengan Elastisitas Lentur 11000 Mpa, kuat tekan sejajar serat 668,601 kg/cm , berat jenis
3
0,987 gr/cm dan kadar air 21,138%. Serta diperoleh efektivitas sebesar 64,45% pada sambungan kayu dengan alat sambung baut berdiameter 10 mm dan 12 mm, sedangkan pada sambungan kayu dengan alat sambung baut berdiameter 16 mm diperoleh efektivitas sebesar 63,64%.
Keywords : Kayu, Sambungan, Kuat Lentur, PKKI NI-5 2002.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ……………………………………………………………. i ABSTRAK ……………………………………………………………………….. iii DAFTAR ISI ……………………………………………………………………... iv DAFTAR TABEL ………………………………………………………………. viii DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………….. ix DAFTAR NOTASI ……………………………………………………………….. xi
BAB I PENDAHULUAN …………………………………………….………... 1 1. 1 Latar Belakang …………………………………………………….. 1 1. 2 Perumusan Masalah ……………………………………………….. 2 1. 3 Maksud dan Tujuan ……………………………………………….. 3 1. 4 Pembatasan Masalah ………………………..……..………………. 3 1. 5 Metodologi Penelitian ……………………………………………... 4
BAB II STUDI PUSTAKA ………………………………………..…………..... 6 2. 1 Umum …………………….………………………………………... 6
2. 1. 1 Kulit Kayu ………………………………………………… 7
2. 1. 2 Kambium ………………………………………………….. 8
2. 1. 3 Kayu ………………………………………………………. 8
2. 1. 4 Hati Kayu …………..…...………………………………… 9
2. 1. 5 Lingkaran Tahun ………………………………………….. 9
2. 1. 6 Jari-jari Kayu …………………………………………..… 10
2. 2 Sifat-sifat Kayu ………………………………………………….. 10 2. 2. 1
Sifat Umum ……..……………………………………….. 10 2. 2. 2
Sifat Fisis Kayu …………………………………...……… 11 2. 2. 3
Sifat Mekanis Kayu ……………………………………… 17 2. 3 Kayu Kelapa …...………………………………………………… 20 2. 4 Tegangan Bahan Kayu …………………………………………… 21 2. 4. 1.
Kuat Acuan Berdasarkan Pemilahan Secara Mekanis ....... 25 2. 4. 2. Kuat Acuan Berdasarkan Pemilahan Secara Visual .......... 26
2. 5 Sambungan Mekanis ................................................................. 27 2. 5. 1
Umum ......................................................................... 27 2. 5. 2
Jenis-jenis Sambungan ................................................... 30 2. 5. 3
Alat Sambung Mekanik .................................................. 30 2. 5. 4
Baut ............................................................................. 30 3. 1
Persiapan Penelitian ………...……………….…………………… 37 3. 2
Pelaksanaan Pengujian ............................................................... 37 3. 2. 1
Pemeriksaan Kadar Air ................................................... 38 3. 2. 2
Pemeriksaan Berat Jenis ................................................. 39 3. 2. 3
Pengujian Kuat Tekan ..................................................... 40 3. 2. 4
Pengujian Kuat Lentur Pada Penurunan Izin ....................... 41 3. 2. 5
Pengujian Elastisitas ........................................................ 42 3. 2. 6
Pengujian Sambungan Memikul Momen Dengan Menggunakan Dial Deformasi Sambungan ......................... 43
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN PENELITIAN HASIL 4.1 Hasil Penelitian ……………………………………...…………… 46
4.1.1 Hasil Pengujian Physical dan Mechanical
Properties Kayu …...………………………………….….. 46
4.1.1.1 Hasil Pemeriksan Kadar Air ............................. 46
4.1.1.2 Pemeriksaan Berat Jenis ......…………………..... 47
4.1.1.3 Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat Kayu ........... 48
4.1.1.4 Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas Lentur Kayu …................................................. 49
4. 1. 2 Kesimpulan Hasil Pengujian Physical dan
Mechanical Properties ................................................... 55
4. 2 Pengujian Sambungan Baut Memikul Momen Maksimum ….…… 56
4.2.1 Menggunakan Section Modulus ..……………………..…... 57
4.2.2 Menentukan Beban Pada Sambungan Kayu ….................. 57 Dengan Menggunakan Alat Sambung Baut Berdiameter 16 mm Berdasarkan PKKI 2002 …............... 59
4.2.4 Perhitungan Kuat Lentur yang Diizinkan pada Kayu Dengan Menggunakan Alat Sambung Baut Berdiameter 12 mm Berdasarkan PKKI 2002 …............... 63
4.2.5 Perhitungan Kuat Lentur yang Diizinkan pada Kayu Dengan Menggunakan Alat Sambung Baut Berdiameter 10 mm Berdasarkan PKKI 2002 …............... 66
4.3 Hasil Eksperimen Sambungan Baut Memikul Momen Murni Di Laboratorium............................................................. 68
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5. 1. Kesimpulan ………………………………………………………..86 5. 2. Saran ……………………………………………………………....88
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Nilai Kuat Acuan (Mpa) Berdasarkan Atas Pemilahan Secara Mekanis pada Kadar Air 15% ……………………………………………………… 25 Tabel 2. 2 Nilai Rasio Tahanan …………………………………………………….... 27 Tabel 2. 3 Cacat Maksimum Untuk Setiap Kelas Mutu Kayu ………………………. 27 Tabel 2. 4 Jarak tepi, jarak ujung dan persyaratan spasi sambungan baut …………... 31 Tabel 2. 5 Tahanan lateral acuan untuk satu baut dengan dua irisan yang
Menyambung dua komponen …………………………………………….. 33 Tabel 2. 6 Tahanan lateral acuan satu baut pada sambungan dua irisan yang menyambung tiga komponen ………………………………………. 34 Tabel 4. 1 Hasil pemeriksaan kadar air kayu ………………………………………... 46 Tabel 4. 2 Hasil Pemeriksaan Berat Jenis Kayu …………………………………….. 47 Tabel 4. 3 Hasil Pemeriksaan Kuat Tekan Sejajar Serat Kayu ……………………… 48 Tabel 4. 4 Hasil Pemeriksaan Elastisitas Kayu ……………………………………… 49 Tabel 4. 6 Tabulasi Perhitungan Tegangan dan Regangan Sampel 2 ……………….. 51 Tabel 4. 7 Tabulasi Perhitungan Tegangan dan Regangan Sampel 3 ……………….. 52 Tabel 4. 8 Rangkuman penelitian mechanical properties ………………………….... 55 Tabel 4. 9 Tahanan lateral acuan satu baut pada sambungan dua irisan yang
Menyambung tiga komponen ……………………………………………. 61
Tabel 4.10 Sampel Kayu Utuh ……………………………………………………….. 68Tabel 4.11 Sampel Alat Sambung Baut Diameter 10 mm …………………………… 73Tabel 4.12 Sampel Alat Sambung Baut Diameter 12 mm …………………………… 76Tabel 4.13 Sampel Alat Sambung Baut Diameter 16 mm …………………………… 79
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Sampel Penelitian ………………………………………………………….. 5 Gambar 2. 1 Penampang Melintang Kayu ………………………………………………. 7 Gambar 2. 2 Bentuk Gambar Arah Tangensial, Radial dan Longitudinal ……………... 11 Gambar 2. 3 Batang Kayu Menerima Gaya Tarik Sejajar Serat ……………………….. 17 Gambar 2. 4 Batang kayu menerima gaya tekan sejajar serat …………………………. 18 Gambar 2. 5 Batang kayu menerima gaya tekan tegak lurus serat …………………….. 18 Gambar 2. 6 Batang kayu yang menerima gaya geser tegak lurus arah serat ………….. 19 Gambar 2. 7 Batang kayu yang menerima beban lengkung …………………………… 19 Gambar 2. 8 Hubungan antara beban tekan dengan deformasi untuk tarikan dan tekanan ….………………………………...……………………………… 21 Gambar 2. 9 Tegangan tekan dan tegangan tarik ……………………………………… 24
Gambar 2.10 Geometri sambungan baut ……………………………………………….. 32Gambar 3. 1 Jarak minimum pengambilan sampel untuk menentukan kadar air …….... 38 Gambar 3. 3 Sampel Pengujian Kuat Tekan ………………………………………….... 40 Gambar 3. 4 Sampel Pengujian Kuat Lentur …………………………………………... 41 Gambar 3. 5 Penempatan Dial Dan Beban Pada Sampel …………………………….... 42 Gambar 4. 1 Grafik Tegangan Regangan Hasil Pengujian Sampel Kayu 1 ………….... 50 Gambar 4. 2 Grafik Regresi Linear Tegangan-Regangan Sampel Kayu 1 …………….. 51 Gambar 4. 3 Grafik Tegangan Regangan Hasil Pengujian Sampel Kayu 2 …………… 52 Gambar 4. 4 Grafik Regresi Linear Tegangan-Regangan Sampel Kayu 2 ………......... 52 Gambar 4. 5 Grafik Tegangan Regangan Hasil Pengujian Sampel Kayu 3 ………….... 53 Gambar 4. 6 Grafik Regresi Linear Tegangan-Regangan Sampel Kayu 3 …………….. 54
Gambar 4. 7 Sambungan Kayu Dengan Menggunakan Alat Sambung Baut ………….. 56 Gambar 4. 8 Sambungan di tengah bentang …………………………………………… 57 Gambar 4. 9 Sambungan Dengan Pelat Kayu Sebagai Penyambung ………………….. 59
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Beban Dan Deformasi Kayu Utuh ……………………. 72Gambar 4.11 Grafik Hubungan Beban Dan Deformasi Sambungan DenganBaut Ø10 mm …………………………………………………………….. 75
Gambar 4.12 Grafik Hubungan Beban Dan Deformasi Sambungan DenganBaut Ø12 mm …………………………………………………………….. 78
Gambar 4.13 Grafik Hubungan Beban Dan Deformasi Sambungan DenganBaut Ø16 …………………………………………………………………. 81
Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Hubungan Beban Dan Deformasi AntaraBaut Ø10 mm, Ø12 mm Dan Ø16 mm …………………………………... 82
DAFTAR NOTASI
E adalah modulus elastisitas lentur, Mpa Fb adalah kuat lentur, Mpa Fc adalah kuat tekan tegak lurus serat, Mpa Fe adalah kuat tumpu kayu, N/mm
2 G adalah berat jenis kayu, gr/cm
3 W adalah kadar air, %
n adalah jumlah sampel nf adalah jumlah baut Fy adalah tegangan leleh baja, N/mm
2 Fyb adalah tegangan leleh baut, N/mm
2 P adalah beban batas, kg
2 D, Ø adalah diameter baut
A adalah luas penampang m
CM adalah faktor koreksi layanan basah Ct adalah faktor koreksi Cf adalah faktor koreksi ukuran Cg adalah faktor aksi kelompok Cp adalah faktor kestabilan kolom V adalah volume sampe, m
3 Wx adalah berat kering udara, gr
Sd adalah standar deviasi Z adalah taanan lateral acuan f adalah penurunan F
e ┴
adalah kuat tekan tegak lurus serat, Mpa Z adalah tahanan lateral acuan satu baut, N t
s
adalah tebal kayu sekunder, mm F
em
adalah kuat tumpu kayu utama, N/mm
2
F esadalah kuat tumpu kayu samping, N/mm
2 Z’ adalah tahanan lateral terkoreksi,
λ adalah angka kelangsingan λ adalah factor waktu = 1.0 L adalah panjang bentang, cm b adalah lebar sampel, cm h adalah tinggi sampel, cm E
w
adalah modulus elastisitas lentur, Mpa