PERILAKU MEKANIK SAMBUNGAN STRUKTUR BAMBU LAMINASI MENGGUNAKAN PELAT DAN BAUT (057S)

Transkripsi

1 PERILAKU MEKANIK SAMBUNGAN STRUKTUR BAMBU LAMINASI MENGGUNAKAN PELAT DAN BAUT (057S) IGL Bagus Eratodi 1, Andreas Triwiyono 2, Ali Awaludin 3 dan TA Prayitno 4 1 Mahasiswa Program Doktor Program Pascasarjana FT, Universitas Gadjah Mada, Jl. Grafika No. 2 Kampus UGM Yogyakarta guss_todi@yahoo.co.id 2 Promotor, Departemen Sipil, Universitas Gadjah Mada, Jl. Grafika No. 2 Kampus UGM Yogyakarta ahdreactri@yahoo.com 3,4 Ko-promotor, Departemen Sipil, Universitas Gadjah Mada, Jl. Grafika No. 2 Kampus UGM Yogyakarta ali_hokkaido@yahoo.com, dan taprayitno@yahoo.com ABSTRAK Analisis tahanan lateral beberapa model alat sambung telah diusulkan Europen Yield Model (EYM). Beban leleh berupa nilai tahanan lateral () dapat diprediksi dengan mengetahui nilai geometri sambungan, tegangan leleh dowel dan kuat tumpu dowel. Pengujian tahanan lateral ini dilakukan dalam rangka mengetahui kemampuan baut dengan model sambungan bambu laminasi-pelat konektor baja- bambu laminasi. Tahanan lateral sejajar dan tegak lurus arah serat dibutuhkan dalam merencanakan sambungan menggunakan pelat disisipkan pada balok dengan alat sambung baut. Pada uji tahanan lateral ini dibedakan menjadi dua, tahanan lateral tegak lurus serat dan tahanan lateral sejajar serat. Dimensi benda uji tahanan lateral tegak lurus serat adalah 2 buah balok bambu laminasi dengan dimensi 37, mm, dan dimensi tahanan lateral sejajar serat mm dengan pelat konektor baja 6 mm dan alat sambung baut diameter 12,2 mm. Teori yield mode dari EYM dapat memprediksi nilai tahanan lateral bambu laminasi. Perbedaan hasil ekperimen sebesar 8,38% pada tahanan lateral sejajar serat dan 8,05% lebih tinggi dari teori yield mode pada tahanan lateral tegak lurus serat. Uji tahanan lateral sejajar serat memiliki nilai P offset 5% rata-rata sebesar 20,3 kn dan kekakuan awal sebesar 6,144 kn/mm pada nilai selip rata-rata 3,99 mm. Nilai P offset5% rata-rata sebesar 12,34 kn selip pada 4,82 mm dan kekakuan rata-rata sebesar 3,050 kn/mm pada tahanan lateral tegak lurus serat. Kata kunci: alat sambung, bambu laminasi, pelat konektor, tahanan lateral, yield model 1. PENDAHULUAN Sambungan merupakan bagian terlemah dari suatu sistem struktur. Teknologi sambungan sangat banyak jenis dan beraneka bahan alat sambungan yang digunakan. Perkembangan analisis perhitungan sangat cepat sehingga saat ini berbagai bentuk dan dimensi bangunan struktur dapat di wujudkan dengan baik. Dalam dunia penelitian, sambungan pada struktur kayu dan sejenisnya merupakan topik yang paling menarik untuk terus diteliti dari sejak lama hingga saat masa-masa yang akan datang. Pada struktur yang bahan utamanya sejenis kayu, permasalahan sambungan atau titik buhul muncul disebabkan karena alasan geometrik (bentuk struktur) dan keterbatasan ukuran panjang batang kayu yang tersedia. Kemajuan teknologi sekarang ini bambu telah dibuat berbentuk balokan atau papan dengan cara laminasi (laminated bamboo). Teknik laminasi ini digunakan untuk membentuk bahan bangunan yang digunakan sebagai bahan konstruksi dalam ukuran besar dan mampu menjawab tantangan geometri. Analisis mekanika, statika dan analisis perhitungan struktur menggunakan rekayasa bambu laminasi sebagai acuan untuk perencanaan bangunan gedung sampai sekarang belum banyak tersedia. Dalam rangka mendapatkan struktur yang aman terhadap berbagai kombinasi pembebanan, faktor-faktor yang sangat perlu menjadi perhatian adalah geometri, alat sambung, sistem penyambungan dan perilaku mekanika berbagai model sambungan. Model dan analisis sambungan kayu sangat erat dengan teori yield model yang diusulkan oleh Johansen (1949). Saat ini yield model lebih dikenal sebagai EYM (Europen Yield Model). Yield theory relatif sederhana dan telah banyak diadopsi oleh standar atau kode, antara lain: NDS dari U.S, Eurocode, Kode Canadian, Kode Japanese dan lainnya. Model sambungan dengan konektor pelat baja dan alat sambung baja sebelumnya telah diteliti Schreyer, A.C., 2002 dengan menggunakan kayu LVL. Sambungan bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi pada penelitian ini merupakan salah satu dukungan penggunaan rekayasa bambu laminasi. Sambungan model ini diteliti, diamati dan dianalisis untuk mendapatkan perilaku sambungan yang selanjutnya digunakan dasar perencanaan sambungan bambu laminasi. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013 S - 91

2 2. TAHANAN LATERAL SAMBUNGAN ANTARA KAYU DENGAN PELAT BESI Tahanan lateral () dari sambungan kayu dengan alat sambung baut dapat di analisis menggunakan: yield theory, teori beam on elastic foundation atau model spring dengan metode pendekatan pola retak. Yield model atau yang lebih dikenal EYM (Europen Yield Model) berkembang tahun Selanjutnya analisis tahanan lateral sambungan kayu dengan menggunakan teori balok pada dukungan elastic (beam on elastic foundation theory) mulai dikembangan pada tahun 70an. Teori balok pada dukungan elastic (beam on elastic foundation theory), alat sambung seperti baut diasumsikan sebagai balok (beam) dan dukungan kayu disekeliling alat sambung dimodelkan sebagai dukungan elastik (elastic foundation). Kelebihan dari analisis menggunakan teori balok pada dukungan elastik dibandingkan yield model adalah dapat diketahuinya nilai tahanan lateral sambungan untuk semua nilai sesaran sehingga kurva tahanan lateral sambungan versus sesaran sambungan dapat diperoleh. Dukungan elastik kayu dapat dikembangkan elastoplastik agar menyerupai perilaku kayu hingga ultimit (Hirai, 1983 dalam Awaludin 2005). Dalam teori yield model, kayu dan alat sambung diasumsikan berperilaku elastoplastik. Tahanan lateral sambungan diperoleh apabila kekuatan tumpu ultimit kayu di bawah alat sambung tercapai, atau terbentuknya satu atau beberapa sendi plastis (plastic hinge) pada alat sambung disertai tegangan plastis pada kayu. Ketentuan tahanan lateral sambungan antara kayu dengan pelat besi yang disisipkan (Awaludin, 2011) dalam beberapa mode kelelehan seperti terlihat pada Gambar 1. berikut ini: M y M y f ew M y t 1 f ew t 1 f ew a 1 a 1 b 1 b 1 t 1 t 1 Gambar 1. Gambar sambungan kayu-pelat baja-kayu pada tiga mode kelelahan: a. Mode kelelehan I, b. Mode kelelehan III, dan c. Mode Kelelahan IV (Awaludin, 2011) Model kelelehan I (a) Sambungan dengan mode kelelehan I (a) terjadi kegagalan pada bagian kayu, formula tahanan lateral pada mode kelelehan ini adalah: (1) Model kelelehan III (b) Sambungan dengan mode kelelehan III (b) terjadi kegagalan dominan pada kayu yang dilanjutkan kegagalan pada bagian ujung baut dekat pelat baja, formula tahanan lateral pada mode kelelehan ini adalah: (2) Model kelelehan IV (c) Sambungan dengan mode kelelehan IV (c) terjadi kegagalan pada sisi kayu dekat pelat baja dan diikuti kegagalan baut bagian kayu terluar dan ujung baut dekat pelat baja, formula tahanan lateral pada mode kelelehan ini adalah: (3) dimana: : tahanan leteral acuan; d : diameter baut; : tebal kayu (1/2 bagian); t 1 f ew (a) : kuat tumpu kayu; M yb : Momen lentur baut; dan f e : kuat tarik pelat baja. (b) (c) S - 92 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013

3 Pada metode pengujian kuat tumpu ASTM D5764, beban tekan yang digunakan dalam penentuan kuat tumpu adalah beban tekan pada kurva hasil pengujian yang berpotongan dengan garis off-set 5% seperti dapat dilihat pada Gambar 2. Uji tahanan lateral ini menggunakan metode off-set 5% dalam penentuan nilai P yang selanjutnya sebagai nilai tahanan lateral (). Gambar 2. Penentuan beban tekan berdasarkan metode off-set 5% (Rammer 2001, dalam Awaludin 2007) 3. PENGUJIAN TAHANAN LATERAL BAUT Bambu laminasi menggunakan bahan bambu petung yang diambil dari daerah dusun Papringan, Desa Purwobinangun, Kecamatan Pakem, Kabupaten Sleman Yogyakarta. Bambu petung diawetkan terlebih dahulu menggunakan bahan borax 5% sebelum direkatkan. Perekat menggunakan urea formaldehyde kode UA 181, proses pembuatan bambu laminasi menggunakan sistem kempa dingin tekanan kempa 1,5-2 MPa. Balok bambu laminasi ini dicatcher untuk menurunkan kadar formaldyhide sampai dengan 0,5 mg/l. Sambungan bambu laminasi-pelat konektor baja-bambu laminasi dengan tebal pelat 6 mm dan alat sambung baut diameter 12,2 mm. Baut dikencangkan/prestressed sebesar 0,75 MPa sebelum pengujian untuk memperoleh cengkeraman yang merata pada baut dan washer terhadap balok bambu laminasi. Benda uji terdiri dari dua variasi yaitu tarik sejajar serat dan tarik tegak lurus serat dengan pengulangan masing-masing lima kali. Pengujian struktur sambungan tahanan lateral menggunakan geometri dan dimensi benda uji sesuai Gambar 3. Tahanan lateral tarik tegak lurus serat menggunakan 2 buah balok bambu laminasi dengan dimensi 37, mm, dan tarik sejajar serat menggunakan sebuah balok mm. Konfigurasi uji tahanan lateral tegak lurus serat yang merupakan modifikasi dari benda uji standar ANSI/AWC NDS 2012 dapat dilihat pada Gambar 4. Uji tahanan lateral sejajar serat juga modifikasi ANSI/AWC NDS 2012 seperti terlihat pada Gambar 5. Uji tarik menggunakan kecepatan pembebanan 1,2 mm/menit. Tabel 1. Variasi benda uji tahanan lateral baut No Kode benda uji Pengulangan LRBSB//-xx-PP LRBSB -xx-pp 5 5 Keterangan dan spesifikasi benda uji: - LRBSB//-xx-PP=Lateral Resistance Balam Steel Balam (tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi) sejajar serat-benda uji ke-xx-pelat Polos, dan - LRBSB -xx-pp=lateral Resistance Balam Steel Balam (tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi) tegak lurus serat-benda uji ke-xx-pelat Polos. (a) (b) Gambar 3. Benda uji tahanan lateral: (a) tegak lurus serat, (b) sejajar arah serat bambu laminasi (modifikasi ANSI/AWC NDS-2012) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013 S - 93

4 (a) (b) Gambar 4. Konfigurasi uji tahanan lateral tegak lurus serat (modifikasi ANSI/AWC NDS-2012), (a) tampak memanjang, (b) tampak melintang. Gambar 5. Konfigurasi uji tahanan lateral sejajar serat (modifikasi ANSI/AWC NDS-2012) 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Uji tahanan lateral ini dilaksanakan di laboratorium Struktur Teknik Sipil Universitas Jenderal Soedirman Purwokerto, menggunakan alat UTM kapasitas 2000 kn. Tampak pada Gambar 7. proses uji tahanan lateral menggunakan alat UTM. Konektor pelat baja yang digunakan memiliki nilai tegangan leleh dan modulus elastitas rata-rata masing-masing sebesar 319,55 MPa dan 202,07 GPa. Alat sambung baut berulir diameter 12,2 mm memiliki nilai kuat lentur rata-rata sebesar 382,45 MPa, kuat tarik rata-rata sebesar 574,23 MPa dan modulus elastisitas rata-ratanya sebesar 207,98 GPa. Bambu laminasi memiliki berat jenis rata-rata 0,814, kadar air 17,5% dan sifat mekanika antara lain: MOR= 130,98 MPa, MOE=12,42 GPa, = 12,07 MPa, // = 55,03 MPA, // =139,09 MPa dan = 8,63 MPa. Pengujian tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi dilaksanakan pada kondisi ruang pengujian suhu 30 0 C dan kelembaban 67%. Tabel 2. menampilkan hasil perhitungan masing-masing model kelelehan dari yield theory, yang selanjutnya dibandingkan dengan hasil eksperiman uji tahanan lateral ini.. S - 94 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013

5 Tabel 2. Perhitungan tahanan lateral () berdasarkan teori yield mode Jenis Uji F e YMT Lateral YMT (e) YMT (f) (MPa) (g) Load (kn) 1. SS (0 0 ) 28,822 12,870 9,358 12,759 9,358 18, ,425 11,799 8,882 12,217 8,882 17, ,680 10,574 8,330 11,565 8,330 16, ,096 10,313 8,212 11,422 8,212 16, TS (90 0 ) 20,754 9,267 7,732 10,827 7,732 15,465 a. Tahanan Lateral Bambu Laminasi-Pelat Baja-Bambu Laminasi Sejajar Arah Serat Bambu Laminasi Hasil pengujian berupa hubungan beban dengan selip tahanan lateral sejajar arah serat bambu laminasi tampak pada Gambar 6. Nilai hasil uji tahanan lateral sejajar arah serat bambu laminasi terlihat pada Tabel 3. Beban maksimum yang mampu dicapai rata-rata sebesar 29,6 kn, kekakuan awal rata-rata sebesar 6,144 kn/mm. Nilai P offset 5% memiliki hasil rata-rata sebesar 20,3 kn pada selip rata-rata 3,99 mm. 28,6 kn Gambar 6. Grafik hubungan beban-selip tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi sejajar arah serat dengan pelat konektor tanpa dikarter Tabel 3. Hasil uji tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi sejajar arah serat bambu laminasi Selip Selip saat Kekakuan P No Kode Benda Uji max P P offset5% saat max Awal P offset5% (kn) (mm) (kn) (mm) (kn/mm) 1 LRBSB//-01-PPP 28,6 7, ,99 5,405 2 LRBSB//-02-PPP 30,7 7,18 25,5 4,52 6,250 3 LRBSB//-03-PPP 29,2 12,33 17,2 4,05 5,195 4 LRBSB//-04-PPP 29,9 12,46 17,0 3,84 3,922 5 LRBSB//-05-PPP 29,4 10,33 18,0 2,58 9,950 29,6 9,97 20,3 3,99 6,144 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013 S - 95

6 (a) (b) Gambar 7. Uji tahanan lateral bambu aminasi-pelat baja-bambu laminasi: (a) sejajar arah serat, (b) tegak lurus arah serat bambu laminasi Perilaku yang terjadi pada awal pengujian berupa interaksi gesek antara pelat dengan bahan bambu laminasi akibat cengkeraman prestressed baut, selanjutnya perubahan mikro pada dimensi lubang baut yang berbentuk sedikit oval. Pasca mulai menurunnya interaksi gesek antara pelat dengan bambu laminasi, maka terjadi lentur pada baut yang dimulai dari ujung baut dekat permukaan pelat. Bertambahnya beban tarik dan selip, baut mengalami peningkatan lentur, ring dan baut tertarik mendesak balok bambu laminasi sebagai bentuk tumpu washer terhadap bambu laminasi. Kegagalan diawali lubang baut berbentuk oval, lentur baut dan puncaknya benda uji terjadi split diujung benda uji seperti tampak pada Gambar 9. b. Uji Tahanan Lateral Bambu Laminasi-Pelat Baja-Bambu Laminasi Tegak Lurus Serat Pengujian tarik pelat pada uji tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi tegak lurus arah serat ini dengan kontrol selip ini dipantau melalui alat LVDT berjumlah dua buah yang diletakkan disebelah kiri-kanan baut dan pelat baja konektor yang diberikan beban tarik. Beban maksimum yang dicapai rata-rata sebesar 15,83 kn pada selip rata-rata 12,14 mm. Nilai kekakuan awal rata-rata sebesar 3,050 kn/mm. Nilai P offset5% dari perhitungan beban sesaran metode offset5% didapatkan rata-rata sebesar 12,34 kn pada nilai selip rata-rata 4,82 mm. Hasil pengujian tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil uji tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi tegak lurus arah serat bambu laminasi Selip saat Selip saat Kekakuan P No Kode Benda Uji max P P offset5% max P offset5% Awal (kn) (mm) (kn) (mm) (kn/mm) 1 LRBSB -01-PP 15,12 12,57 12,60 5,63 2,632 2 LRBSB -02-PP 14,01 13,82 10,80 3,95 3,125 3 LRBSB -03-PP 18,39 14,86 11,45 5,17 2,597 4 LRBSB -04-PP 15,79 7,33 14,50 4,51 3,846 5 LRBSB -05-PP 19,64 16,09 10,60 2,19 6,667 15,83 12,14 12,34 4,82 3,050 Gambar 8. Grafik hubungan beban-selip tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi tegak lurus arah serat dengan pelat konektor tanpa dikarter S - 96 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013

7 Pecah (splitting) Pecah (splitting) Gambar 9. Tampak model kegagalan uji tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi sejajar arah serat Perilaku mekanik yang terjadi padaa uji ini, diawal beban terjadi interaksi gesek antara pelat dengan bahan bambu laminasi. Pada uji ini bidang geseknya jauh lebih kecil dari benda uji tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja- bidang gesek yang kecil bambu laminasi sejajar serat sehingga interaksi geseknyapun jauh lebih kecil. Interaksi berakibat slope garis hubunga P-selip yang lebih kecil seperti tampak pada Gambar 8. Selanjutnya terjadi perubahan dimensi lubang yang berbentuk sedikit oval keatas sesuai arah beban tarik. Proses menurunnya interaksi gesek pelat dengan bambu laminasi dan lentur pada baut yang dimulai dari ujung baut dekat permukaan pelat terjadi hampir bersamaan. Dengan bertambahnya nilai beban tarik yang disertai selip yang terus meningkat, baut mengalami peningkatan lentur, sejalan dengan itu ring dan baut tertarik terbenam mendesak kedalam balok bambu laminasi. Benda uji mengalami kegagalan ditandai terjadi pecah tarik belah arah horizontal disebelah kiri dan kanan baut seperti tampak pada Gambar 10. Pecah/spliting Gambar 10. Tampak samping model kegagalan uji tahanan lateral bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi tegak lurus arah serat 5. KESIMPULAN DAN SARAN Teori yield model sambungan kayu-pelat-kaylaminasi-pelat-bambu laminasi. Perbedaan hasil ekperimen sebesar 8,38% pada tahanan lateral sejajar serat dan dapat digunakan sebagai analisis tahanann lateral sambungan bambu 8,05% lebih tinggi dari teori yield mode pada tahanan lateral tegak lurus serat. Uji tahanan lateral sejajar serat memiliki nilai P offset 5% rata-rata sebesar 20,3 kn dan kekakuan awal sebesar 6,144 kn/mm pada nilai selip rata-rata 3,99 mm. Nilai P offset5% rata-rata sebesar 12,34 kn selip pada 4,82 mm dan kekakuan rata-rata UCAPAN TERIMA KASIH sebesar 3,050 kn/mm pada tahanan lateral tegak lurus serat. Terima kasih yang tak terhingga penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu terlaksananya penelitian ini. Secara khusus kepada Kementerian Pendidikan Nasional, Direktorat Pendidikan Dikti atas bantuan Hibah Penelitian Disertasi Doktor pembiayaan Tahun Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013 S - 97

8 DAFTAR PUSTAKA ASD/LRFD NDS, (2012). Nasional Design Spesification for Wood Construction, American Wood Council, ANSI/AWC/ NDS, 2012 Edition. Awaludin, A., (2005). Dasar-dasar Perencanan Sambungan Kayu (Mengacu pada SNI-5, 2002). Biro Penerbit KMTS FT UGM, Yogyakarta. Awaludin, A., Smittakorn, W., Hayashikawa, T., and Hirai, T., (2007). Bearing properties of Shorea obtusa beneath a laterally loaded bolt. Journal Wood Science. The Japan Wood Research Society 2007 Awaludin, (2011). Timber Engineering and Technology. Bahan Ajar Pascasarjana Program Studi Teknik Sipil Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. European Committee for Standardization, (1995). Eurocode5: Design of timber structures European pre-standard ENV : general rules and rules for building, CEN, European Committee for Standardization, Brussels. Schreyer, A.C., (2002). Monotonic and Cyclic Behaviour of Slender Dowel-Type Fasteners in Wood-Steel-Wood Connections. University of Columbia. S - 98 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 2013