ALAT-ALAT SAMBUNG MEKANIS PADA KAYU: PAKU DAN BAUT OLEH: EVALINA HERAWATI, S.Hut, M.Si NIP

Transkripsi

1 Karya Tulis ALAT-ALAT SAMBUNG MEKANIS PAA KAYU: PAKU AN BAUT OLEH: EVALINA HERAWATI, S.Hut, M.Si NIP EPARTEMEN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEAN 008 Evalina Hrawati : Alat-Alat Sambung Mkanis Pada Kayu : Paku an Baut, 008 USU -Rpository 008

2 ALAT-ALAT SAMBUNG MEKANIS PAA KAYU: PAKU AN BAUT Evalina Hrawati, S.Hut, M.Si Staf Pngajar partmn Khutanan Fakultas Prtanian - USU PENAHULUAN Kkuatan dan stabilitas stiap struktur sangat brgantung pada pnyambungan atau pngikatan yang mnyatukan bagian-bagiannya. Salah satu kuntungan utama kayu sbagai bahan struktural adalah dalam hal kmudahan, dimana bagian-bagian struktural kayu dapat disambung dngan brbagai macam alat sambung/pngikat, sprti paku, baut, skrup dan alat-alat sambung logam lainnya (Soltis, 1999). Umumnya alat-alat sambung/pngikat kayu trbuat dari logam dan mmiliki kkuatan yang tinggi shingga krusakan pada alat sambung/pngikatnya sndiri tidak mnjadi prhatian. Prsyaratan utamanya adalah kuat pgangnya, yaitu kmampuannya untuk mnruskan tgangan dari satu lmn k lmn lainnya tanpa mnimbulkan krusakan. Kuat pgang brhubungan dngan sifat kkuatan struktural dan kondisi kayu (Hoadly, 000). Alat-alat sambung kayu tlah mngalami prbaikan dan prkmbangan slama brtahun-tahun. Saat ini, sambungan dapat dirancang dngan akurasi yang sama dngan bagian lain dari suatu struktur. Alat-alat sambung ini trdiri dari paku, skrup, lag scrw, dowl, pin bralur (drift pin), baut bralur (drift bolt) dan baut. Sdangkan alat-alat sambung yang lain adalah paku khusus, kokot (stapl), paku sumbat kayu (timbr rivt), cincin blah (split ring), plat gsr (shar plat), spik grid, toothd sht-stl plat, plat klm (clamping plat), framing anchor, joist, purlin hangr dan sbagainya (Fahrty, 1997). Hoadly (000) mnyatakan bahwa diprkirakan skitar alat sambung/pngikat, utamanya paku, digunakan di stiap rumah. Paku umumnya 1

3 digunakan untuk mnahan bban yang ringan, sprti pada konstruksi rangka ringan, diafragma dan dinding gsr (shar wall). Smntara itu, baut digunakan untuk mnahan bban dngan jarak rlatif bsar yang prlu ditruskan mlalui sbuah sambungan, juga digunakan pada konstruksi kayu brat dan konstruksi rangka ringan untuk mngantisipasi bban yang bsar. Pnggunaan alat-alat sambung logam pada kayu yang tlah dibri prlakuan dngan bahan kimia pnghambat api dapat mnybabkan korosi. Shingga pnggunaan alat-alat sambung stainlss stl disarankan jika kondisi ini trjadi. Smntara itu, bahan kimia pnghambat api tlah dikmbangkan shingga mnghilangkan masalah korosi (Fahrty, 1997). Banyak alat sambung/pngikat yang dapat digunakan dalam sambungan kayu, namun yang akan diuraikan dalam tulisan ini adalah dua di antaranya yaitu paku dan baut. Paku dan baut mrupakan alat sambung/pngikat yang sudah diknal sjak lama dan banyak digunakan. PAKU Paku mrupakan alat sambung/pngikat mkanis yang paling umum digunakan dalam konstruksi kayu. Trdapat banyak tip, ukuran dan bntuk paku ssuai pruntukannya (Soltis, 1999). Paku kawat biasa (common wir nail) dan paku bsar (spik) adalah paku yang paling sring digunakan. Banyak tip paku tlah mngalami prkmbangan sprti prubahan pada bntuk batangnya dan prmukaan yang dilapisi. Paku kawat biasa dan paku bsar pada dasarnya sama kcuali paku bsar mmiliki diamtr yang lbih bsar (Fahrty, 1997). Yap (1984) mnyatakan bahwa sambungan dngan paku mmiliki bbrapa klbihan dibandingkan sambungan dngan baut. Hal ini trkait antara lain dngan fisinsi paku yang lbih bsar, prlmahan yang dibrikan rlatif kcil yaitu kira-kira 10% shingga sring diabaikan, lbih kaku dan pngrjaannya rlatif lbih mudah bila kayu yang akan dikrjakan tidak trlalu kras dan bagian yang disambung tidak trlalu tbal shingga tidak prlu dibor trlbih dahulu. Paku dalam pnggunaannya mnahan bban tarik, bban latral atau kombinasi dari kduanya. Ktahanan tarik dan latral dipngaruhi olh kayu, paku dan kondisi pnggunaan. Scara umum variasi pada faktor-faktor ini

4 mmiliki pngaruh yang lbih nyata pada ktahanan tarik dibandingkan pada ktahanan latral (Soltis, 1999). Tip pmbbanan pada paku baik pmbbanan latral (tgak lurus sumbu paku) maupun pmbbanan tarik (sjajar sumbu paku) dapat dlihat pada gambar brikut (Fahrty, 1997): Sid mmbr Main mmbr (a) Gambar 1. Tip Pmbbanan Pada Paku, (a) Pmbbanan latral, (b) Pmbbanan tarik Nilai rancangan (dsign valu) untuk brbagai tip paku disusun dngan mmprhatikan ktbalan lmn kayu, brat jnis kayu dan ukuran paku. Jika dalam satu sambungan digunakan lbih dari satu paku maka nilai rancangan total baik ktahanan tarik maupun ktahanan latral adalah jumlah dari nilai rancangan untuk masing-masing paku (Fahrty, 1997). Pnmpatan paku dapat dilakukan dngan brbagai variasi mnurut bbrapa rujukan. Bbrapa hal yang dapat mmpngaruhi trjadinya blah (split) pada kayu ktika paku ditancapkan adalah krapatan, kadar air, arah srat, diamtr batang paku dan tip ujung. Untuk mnghindari trjadinya blah, sblum paku ditancapkan trlbih dahulu dibuat lubang dngan ukuran maksimum 90% dari diamtr paku untuk jnis kayu yang mmiliki brat jnis lbih dari 0,6 sdangkan jika kurang dari atau sama dngan 0,6 maka ukuran lubang maksimum 75% dari diamtr paku (AITC, 005). Slanjutnya uraian mngnai ktahanan tarik dan latral brikut ini diambil dari Fahrty (1997). Ktahanan Tarik; ktahanan tarik sangat dipngaruhi olh bbrapa faktor sprti tip ujung paku, tip batang, plapisan prmukaan, lama waktu paku brada di dalam kayu dan prubahan kadar air kayu. Prsamaan yang digunakan olh National sign Spcification (NS) untuk mmprolh nilai rancangan adalah: P = 1380G 5/ dimana P = nilai rancangan yang diijinkan, G = brat jnis (BJ) kayu dan = diamtr paku. (b) 3

5 Prsamaan ini digunakan pada kondisi: paku ditancapkan tanpa trjadinya blah, kayu dikringkan atau tidak, durasi bban normal, paku ditancapkan pada arah srat samping dan suhu normal. Ktahanan Latral; kapasitas bban latral akhir pada gsr tunggal trgantung pada sifat-sifat matrial dan dimnsi sambungan, yaitu ktbalan dan kkuatan patah kayu srta diamtr dan kkuatan paku. Brdasarkan Europan Yild Modl (EYM), trdapat mpat kmungkinan modl krusakan untuk sambungan dua lmn pada gsr tunggal. Modl trsbut adalah sbagai brikut: Mod Is tsf Z = K s Mod IIIm k1pfm Z = K( 1+ R ) Mod IIIs k Z = K tsfm ( + R ) Mod IV Z = K FmFyb 3(1 + R ) dimana : F yb (1 + R ) k 1 = -1 + (1 + R ) + 3F m p (1 + R ) F yb(1 + R ) k = R 3Fmts R = F m /F s P = pntrasi, lmn utama (in) t s = ktbalan lmn pnunjang atau L/3 untuk sambungan tonail (in) F m = kkuatan sangga lmn utama (lb/in ) F s = kkuatan sangga, lmn kdua (lb/in ) = diamtr paku (in) F yb = kkuatan hasil lntur (psi) K =, untuk 0,17, K = ,5 untuk 0,17 in < < 0,5 in, K = 3,0 untuk 0,5 in Nilai rancangan latral Z pada gsr ganda (sambungan tiga lmn) sambungan kayu dngan kayu adalah dua kali nilai trkcil Z yang ditntukan 4

6 untuk tiap bidang gsr yang disiapkan t m > 6, dimana t m adalah ktbalan lmn utama dan adalah diamtr batang paku. Faktor kdalaman pntrasi digunakan brdasarkan pntrasi paku pada lmn dimana ujung paku brada. Tonail; tonailing sring digunakan untuk mngikat tiang dan joist dngan plat. Paku ditancapkan pada sudut 30 o trhadap lmn dan dimulai kira-kira 1/3 panjang paku. Tonailing dihindari pada struktur ktknikan karna kualitas pkrjaan dan bahan sangat diprlukan untuk mndapatkan kualitas yang baik. 30 o Paku 1/3 panjang paku Gambar. Tonail Nilai rancangan untuk pmbbanan tarik sharusnya tidak mlbihi /3 dari nilai tarik pada arah samping. Nilai rancangan untuk pmbbanan latral sharusnya tidak mlbihi 5/6 dari nilai yang diprbolhkan untuk paku yang ditancapkan pada arah samping dan dibbani scara latral. Smua faktor pnysuaian yang digunakan untuk nilai latral dan tarik untuk arah samping juga digunakan untuk tonail kcuali faktor layan basah (wt-srvic) tidak digunakan untuk tonail dngan bban tarik. BAUT Baut tidak mmpunyai kapasitas mmbawa bban yang bsar sprti pasak kayu namun dalam banyak kasus, baut mnydiakan kkuatan lbih dari mmadai dan mrupakan alat sambung mkanis yang pnting bagi konstruksi kayu (Hoyl, 1978). Yap (1984) mnyatakan bahwa mskipun baut banyak dipakai, sbtulnya dianggap tidak bgitu baik karna fisinsinya rndah dan dformasinya bsar. Baut lbih mudah dipasang karna tidak mmrlukan pmbuatan alur dan lmn yang tlah disambung tidak prlu dipisahkan. 5

7 Fahrty (1997) mnyatakan bahwa ukuran standar untuk diamtr baut brkisar ¼ - 1½ in (6,35-5,4 mm) dan panjang 1-16 in (5,4-406 mm). Lubang untuk baut brukuran 1/3-1/16 in (0,794-1,588 mm) lbih bsar dari diamtr baut, nilai yang lbih bsar ditrapkan untuk diamtr baut yang lbih bsar. Bila lubang baut tidak lurus dngan tpat, dapat mngakibatkan prubahan distribusi bban trhadap baut shingga dapat mnybabkan dflksi. Cincin pnutup (washr) digunakan agar kpala baut atau mur tidak masuk k dalam kayu ktika baut dikncangkan. Pnntuan nilai rancangan yang diizinkan tidak mmprhitungkan washr. Smua mur harus dipasang dngan kncang kmudian dikncangkan lagi stlah kayu mncapai kadar air ksimbangannya. Kualitas sambungan dngan baut dipngaruhi olh kualitas kayu dan baut yang digunakan (Soltis, 1999). Smntara itu Fahrty (1997) mnyatakan bbrapa faktor yang prlu diprhatikan dalam sambungan kayu dngan baut ini adalah bban pada baut, kualitas lubang baut, bban yang diizinkan, pnmpatan, bidang brsih dan pnysuaian untuk nilai yang diizinkan, sprti diuraikan di bawah ini. Bban Pada Baut; Bban pada baut dapat brupa bban sjajar, tgak lurus atau pada satu sudut trtntu trhadap srat dari kayu yang disambung. Kapasitas bban akhir dari sambungan trgantung pada sifat matrial, dimnsi dan jumlah bidang gsr. Mnurut EYM trdapat nam kmungkinan modl krusakan untuk sambungan baut pada gsr tunggal dan mpat kmungkinan modl krusakan untuk sambungan baut pada gsr ganda. Nilai pngawasan untuk sambungan dua lmn (gsr tunggal) adalah nilai trkcil dari Z yang diprolh dngan mnylsaikan nam prsamaan brikut: Prsamaan: Modl hasil tmfm Z = Modl I m 4 t F Z = Modl I s 4 s s Z k1tsfs = Modl II 3.6 6

8 Z Z k t F = Modl III m m m 3.(1 + R ) k3tsfm = Modl III s 3.( + R ) Z = FmFyb 3.K 3(1 + R ) θ Modl IV dimana : k 1 = R + R (1 + R t + Rt ) + Rt R (1 + R ) F yb(1 + R ) k = -1 + (1 + R ) + 3F t (1 + R R ) k 3 = m m F yb(1 + R ) 3Fmts 3 R (1 + R ) R = F m /F s R t = t m /t s t m = ktbalan lmn utama (in) t s = ktbalan lmn pnunjang (in) F m = kkuatan sangga lmn utama (lb/in ) F s = kkuatan sangga, lmn kdua (lb/in ) F // = 1100G, kkuatan sangga sjajar srat (lb) 6100G F =, kkuatan sangga tgak lurus srat (lb) F yb = kkuatan hasil lntur (psi) = diamtr baut nominal (in) = 1 + (θ max /360 o ) θ max = sudut maksimum bban trhadap srat (0 o θ 90 o ) t 7

9 Modl krusakan sambungan baut pada gsr tunggal dan gsr ganda dapat dilihat sbagai brikut ini: Mod I m Mod III m Mod I s Mod III s Mod II Mod IV (a) Sambungan Gsr Tunggal Mod I m Mod III s Mod I s Mod IV (b) Sambungan Gsr Ganda Gambar 3. Modl Krusakan Sambungan Baut pada Gsr Tunggal dan Gsr Ganda Nilai pngawasan untuk sambungan tiga lmn (gsr ganda) adalah nilai trkcil dari Z yang diprolh dngan mnylsaikan prsamaan brikut ini: Prsamaan: Modl hasil t F Z = Modl I m 4 m m Z Z t F = Modl I s s s k3tsfm = Modl III s 1.6( + R ) 8

10 Z FmFyb = 1.6K 3(1 + R ) θ Modl IV Kurva hubungan antara bban sjajar srat dngan trjadinya slip pada sambungan awalnya mnunjukkan garis linar dngan sdikit slip. Pada batas proporsinal, slip mulai mningkat dngan pningkatan bban dan akhirnya kurva mnjadi mndatar dan slip mnjadi sangat bsar dngan trjadinya pningkatan bban atau tidak. Hasil pngujian mnunjukkan bahwa sambungan dngan kayu yang dikringkan dan dua plat sambung baja mmiliki tgangan pnyangga sjajar srat pada batas proporsional skitar 60% dari kkuatan patah untuk softwood dan 80% untuk hardwood. Ktika plat samping kayu digunakan, masing-masing sama dngan stngah ktbalan lmn utama, tgangan pnyangga skitar 80% dari yang diprolh untuk plat sambung baja. Nilai batas proporsional lbih kcil untuk sambungan baut yang dibbani tgak lurus srat dari pada sambungan yang dibbani sjajar srat. Hal ini karna kkuatan patah (crushing strngth) lbih kcil pada tgak lurus srat. Kualitas Lubang Baut; Kkuatan sangga kayu dngan baut dipngaruhi olh ukuran dan kualitas lubang tmpat baut dimasukkan. Jika trlalu bsar, kkuatan sangga tidak sragam dan jika trlalu kcil kayu akan blah (split) ktika baut dimasukkan atau ktika mngring k kadar air ksimbangan. Lubang yang halus akan mmbrikan nilai sangga yang lbih tinggi dari pada lubang yang kasar. formasi akibat bban juga mningkat dngan mningkatnya kkasaran lubang. Bban yang diizinkan; Nilai rancangan yang diizinkan untuk bban latral tlah disusun dalam suatu bntuk tabl baik untuk sjajar maupun tgak lurus srat dalam sambungan gsr tunggal. Nilai yang trpisah dibrikan untuk pmbbanan lmn utama atau pnunjang tgak lurus srat trmasuk nilai Z yang diaplikasikan ktika kdua lmn dibbani tgak lurus srat. Nilai yang diizinkan untuk sudut bban antara 0 o (sjajar srat) dan 90 o (tgak lurus srat) dapat diprolh dari nilai sjajar dan tgak lurus dngan mnggunakan rumus Hankinson atau nomograf Scholtn. Plot nilai yang 9

11 diizinkan (sjajar dan tgak lurus srat) untuk dua ukuran baut dalam sambungan tiga lmn (gsr ganda), mnunjukkan nilai yang mningkat scara proporsional dngan ktbalan lmn utama dan pnunjang sampai mncapai nilai maksimum. Jika lmn kayu yang disambung brbda jnisnya, nilai rancangan yang diizinkan dipilih brdasarkan jnis dngan kkuatan sangga yang trkcil. Pnmpatan; alam mnmpatkan baut, prlu mmprtimbangkan jarak ujung, jarak tpi/pinggir, spasi dalam baris dan spasi antar baris. Prlu juga mnntukan pnmpatan baut pada arah sjajar dan tgak lurus srat dan mmprtimbangkan bban pada suatu sudut trhadap srat. NS mmbrikan nilai untuk spasi ktika bban yang dibrikan sjajar maupun tgak lurus srat. Kbanyakan nilai jarak brdasarkan diamtr baut () dan dibrikan dari tngah k tngah lubang baut. Bidang brsih; Elmn harus dipriksa untuk kapasitas pmbawa bban pada bidang brsih kritis dari sambungan. Bidang kotor dari lmn harus dikurangi untuk lubang. Pada lmn tgangan dan tkanan, ara brsih yang diprlukan (in ) ditntukan dngan mmbagi bban total yang ditruskan mlalui bidang brsih kritis dngan tgangan rancangan yang diizinkan untuk jnis dan mutu bahan yang digunakan. Pnysuaian untuk nilai yang diizinkan; Pnysuaian harus mmprtimbangkan: Lama atau durasi bban Kondisi kadar air dalam pmakaian Suhu kayu dalam pmakaian Faktor aksi grup Prlakuan bahan pnghambat api Gomtri pnmpatan baut PENUTUP Alat-alat sambung/pngikat dalam suatu konstruksi kayu mrupakan hal yang sangat pnting diprhatikan karna mnntukan kkuatan konstruksi scara ksluruhan. Masing-masing alat sambung/pngikat mmiliki karaktristik 10

12 sndiri ssuai dngan pruntukannya masing-masing. Hal yang prlu mnjadi prhatian tidak hanya alat sambung/pngikatnya namun juga kondisi kayu dalam pmakaiannya. AFTAR PUSTAKA [AITC] Amrican Institut of Timbr Construction Timbr Construction Manual Fifth Edition. John Wily & Sons, Inc. Nw Jrsy. Fahrty, KF Mchanical Fastnrs and Connctors. i dalam Wood Enginring and Construction Handbook. Fahrty KF, Williamson TG, ditor. McGraw-Hill, Inc. Nw York. Soltis, LA Fastnings. i dalam: Wood Handbook, Wood as an Enginring Matrial. Madison, WI: USA Forst Srvic, Forst Products Laboratory. Hoadly, RB Undrstanding Wood: a craftsman s guid to wood tchnology. Th Taunton Prss. Nwtown. Hoyl, R.J Wood Tchnology in th sign of Structurs. Mounting Prss Publishing Co. Montana. Yap KHF Konstruksi Kayu. Binacipta. Bandung. 11