AFRISSA ISTY FADILLAH

Transkripsi

1 ANALISA DAN EKSPERIMEN KOLOM KAYU GANDA TERHADAP SUMBU BAHAN SERTA SUMBU BEBAS BAHAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : AFRISSA ISTY FADILLAH BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2 ANALISA DAN EKSPERIMENKOLOM KAYU GANDA TERHADAP SUMBU BAHAN DAN SUMBU BEBAS BAHAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : AFRISSA ISTY FADILLAH Dosen Pembimbing Penguji I Ir. Besman Surbakti, M.T. NIP Penguji II Ir. Sanci Barus, M.T. NIP Mengesahkan: Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, M. Agung Putra H., S.T., M.T. NIP Prof. Dr.-Ing. Johannes Tarigan BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

3 ANALISA DAN EKSPERIMEN KOLOM KAYU GANDA TERHADAP SUMBU BAHAN DAN SUMBU BEBAS BAHAN ABSTRAK Kayu merupakan bahan konstruksi ringan yang banyak digunakan. Salah satu konstruksi berbahan kayu yang sering digunakan adalah kolom. Penelitian ini menggunakan benda uji berupa kolom kayu ganda dengan sambungan klos dan baut. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan gambaran uji tekuk serta pengaruhnya terhadap sumbu bahan dan bebas bahan. Kolom ganda direncanakan memiliki dimensi kayu utama 2 x (2,5 x 5 x 200) cm dengan 3 (tiga) variasi jumlah klos dan menggunakan baut berdiameter ½. Kolom ganda I memiliki 3 (tiga) buah klos dengan dimensi 2,5 x 5 x 15 cm. Kolom ganda II dan III memiliki 4 (empat) dan 5 (lima) buah klos dengan dimensi 5 x 5 x 15 cm. Kolom ganda memiliki perletakan sendi sendi dan diberikan pembebanan aksial. Hasil yang diperoleh secara teoritis untuk kolom ganda I, yaitu P elastis = 540,684 kg dan = 93,425 kg/cm 2 ; P cr = 1416,593 kg dan = 51,047kg/cm 2 ; P ultimate = 1511,882 kg dan = kg/cm 2. Kolom ganda II, yaitu P elastis = 846,241 kg dan = 93,425 kg/cm 2 ; P cr = 2308,473 kg dan =92,339 kg/cm 2 ; P ultimate = 2327,165 kg dan = kg/cm2. Kolom ganda III, yaitu P elastis = 888,070 kg dan = 93,425 kg/cm 2 ; P cr = 2447,748 kg dan = 114,340kg/cm 2 ; P ultimate = 2470,192 kg dan = kg/cm 2. Sedangkan hasil yang diperoleh melalui eksperimen untuk kolom ganda I, yaitu P elastis = 1000 kg dan 40 kg/cm 2 ; P cr = 2000 kg dan 80 kg/cm 2 ; P ultimate = 2250 kg dan 90 kg/cm 2. Kolom ganda II dan III, yaitu P elastis =1250 kg dan 50 kg/cm 2 ; P cr = 2400 kg dan 96 kg/cm 2, serta P cr = 2450 kg dan 98 kg/cm 2 ; P ultimate = 2500 kg dan 100 kg/cm 2. Kolom ganda I mengalami tekuk pada sumbu bebas bahannya saja. Kolom ganda II mengalami tekuk pada sumbu bebas bahan diikuti sumbu bahan dengan keruntuhan pada sumbu bebas bahan. Kolom ganda III mengalami tekuk seperti kolom ganda II, namun keruntuhan terjadi pada sumbu bahan. Penambahan jumlah klos dapat memperkecil jarak antar klos sehingga sumbu bahan menjadi lebih mudah mengalami tekuk. Keruntuhan atau patah terjadi pada batang kayu utama. Daerah sambungan tidak mengalami patah sehingga dapat dikatakan aman. Kata kunci: sumbu bahan, sumbu bebas bahan, klos, baut, tekuk kolom, kayu ganda. 3

4 ANALYSIS AND EXPERIMENTAL OF DOUBLE TIMBER COLUMNS ON THE MATERIAL AXIS AND THE FREE-MATERIAL AXIS ABSTRACT Wood is lightweight construction materials are widely used. One of constructions made of wood that is often used is the column. The research used the double timber columns that are connected by spacer blocks and bolts. The purpose of this research was to obtain an overview bending test and its influence on the material axis and the free-material axis. The double columns was planned 2 x (2,5 x 5 x 200) cms of major timber dimensions which had 3 (three) variations of spacer blocks and used bolts ½ in diameter. The double columns I had 3 (three) 2,5 x 5 x 15 cms spacer blocks. The double columns II and III had 4 (four) and 5 (five) 5 x 5 x 15 cms spacer blocks. It had hinge joint and axial loading was provided. The results was obtained theoretically for the double columns I are P elastic = 540,684 kgs and = 93,425 kgs/cms 2 ; P cr = 1416,593 kgs and = 51,047kgs/cms 2 ; P ultimate = 1511,882 kgs and = kgs/cms 2. The double columns II, P elastic = 846,241 kgs and = 93,425 kgs/cms 2 ; P cr = 2308,473 kgs and = 92,339 kgs/cms 2 ; P ultimate = 2327,165 kg and = kgs/cms2. The double columns III, P elastis = 888,070 kgs and = 93,425 kgs/cms 2 ; P cr = 2447,748 kgs and = 114,340kgs/cms 2 ; P ultimate = 2470,192 kgs and = kgs/cms 2. The experimental results for the double columns I are P elastic = 1000 kgs and 40 kgs/cms 2 ; P cr = 2000 kgs and 80 kgs/cms 2 ; P ultimate = 2250 kgs and 90 kgs/cms 2. The double columns II and III, P elastic =1250 kgs and 50 kgs/cms 2 ; P cr = 2400 kgs and 96 kgs/cms 2, and P cr = 2450 kgs and 98 kgs/cms 2 ; P ultimate = 2500 kgs and 100 kgs/cms 2. The double columns I only had buckled on the free-material axis. The double columns II had buckled on the freematerial axis, then followed by the material axis, which had fracture on the freematerial axis. The double columns III was same as the double columns II, but it had fracture on the material axis. Increasing the number of spacer blocks can minimize the distance between them, so that the material axis can be more easily buckled. The fracture occurred on the major timber. The areas of the connector did not have any fractures so it can be said safely. Passwords: material axis, free-material axis, spacer block, bolt, column buckling, double columns. 4

5 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah- Nya sehingga penulis dapatmenyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam bagi Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan teladannya dalam menjalankan aktifitas sehari-hari, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul Analisa dan Eksperimen Kolom Kayu Ganda Terhadap Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan ini dimaksudkanuntuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. Dengan rendah hati penulis mohon maaf jika dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat kekurangan dalam penulisan maupun perhitungan. Penulis juga sangat mengharapkan saran dan kritik dari para pembaca dalam penyempurnaan tugas akhir ini. kepada : Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar besarnya 1. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing.Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5

6 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil. 4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, dan Bapak M. Agung Putra Handana, ST, MT, selaku Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik yang telah memberikan ilmunya kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 6. Kepada pegawai administrasi dan pegawai-pegawai Departemen Teknik Sipil USU lainnya, terkhusus Mas Bandi yang telah banyak membantu penulis dalam mempersiapkan benda uji. 7. Kepada pegawai dan asisten Laboratorium Departemen Teknik Mesin Politeknik Medan. 8. Orang tua penulis, Bapak Amir Fadillah dan Ibu Nurhayati RY yang selalu memberikan doa, kasih sayang, dukungan dan materi yang tiada hentinya sehingga penulis terus termotivasi untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Kedua adik penulis, Aldian Muarrief Fadillah dan Astrid Aqilla Fadillah yang terus memberikan dukungan dan hiburan bagi penulis. 10. Seluruh angkatan 2010, khususnya Eka Pane, Funny Siregar, Boris Aruan, Zefa Hutasoit, Henry Hulu, Cila Sembiring, Cece Nasution, Bilher Sihombing, Festus Simbolon, Putra Munthe, Reby dan lain-lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu-satu. 11. Asisten Laboratorium Struktur sekaligus rekan 2010, Michael Tambunan, 6

7 Steven Rajagukguk dan Ricky Simatupang yang telah banyak membantu penulis dalam pengadaan alat dan pelaksanaan uji laboratorium. 12. Abang/ kakak angkatan 2007 (khususnya kak Ade Pradipta Putri), angkatan 2008 (bang M. Hafiz, Arthur Bangun, Hary Yusuf, Samuel Pakpahan, Michael Sinaga, Topan, Ibnu, Ozie, Rumanto, kak Rama Pasaribu), angkatan 2009 (bang Ihsanuddin, Irwan dan Rahman). 13. Adik-adik angkatan 2011 dan angkatan 2013 (Agung, Ivan, Rijal, Alfred, dkk ). 14. Penghuni kost dr. Sumarsono 19, Ririn,Winda, Riri, Yuli dan Eka yang telah memberikan dukungan kepada penulis. 15. Seluruh pihak yang telah mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Januari 2015 Penulis Afrissa Isty Fadillah

8 DAFTAR ISI Lembar Pengesahan... ii Kata Pengantar... iii Abstrak... vi Abstract... vii Daftar Isi... viii Daftar Tabel... xii Daftar Gambar... xv Daftar Notasi... xviii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Perumusan Masalah Metode Penelitian Batasan Masalah Mekanisme Pengujian Sistematika Penulisan... 8 BAB II STUDI PUSTAKA Kayu

9 Sifat Utama Kayu Sifat Fisis Kayu Kandungan Air Kepadatan Berat Jenis Sifat Mekanis Kayu Kuat Lentur Kuat Geser Kuat Tekan Kuat Tarik Tegangan Bahan Kayu Sistem Pemilahan (Grading) Sistem Pemilahan secara Mekanis Sistem Pemilahan Observasi Visual Teori Euler dan Tetmayer Kolom Klasifikasi Jenis Kolom Prinsip Desain Kolom Stabilitas Struktur Kolom Kesetimbangan Stabil Kesetimbangan Netral Kesetimbangan Tidak Stabil Tekuk Kolom Kolom Besrspasi

10 Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan Alat Sambung Kayu Baut Tahanan Lateral Acuan Kuat Tumpu Kayu Geometri Sambungan Baut Faktor Koreksi Sambungan Baut Faktor Aksi Kelompok Faktor Koreksi Geometrik BAB III METODOLOGI PENELITIAN Persiapan dan Pelaksanaan Pengujian Persiapan Pengujian Pelaksanaan Pengujian Pemeriksaan Kadar Air Pemeriksaan Berat Jenis Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat Rangka Dudukan Benda Uji Alat Pembebanan Gaya Tekan Alat Pengukur Proses Pengujian Benda Uji

11 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN Hasil Penelitian Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu Hasil Pengujian Kadar Air Hasil Pengujian Berat Jenis Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat Hasil Pengujian Elastisitas Hasil Pengujian Kuat Lentur Hasil Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat Kesimpulan Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Perencanaan Batang Ganda Dengan Klos dan Baut Berdasarkan Kuat Lentur Pengujian Tekuk Batang Ganda Perbandingan Hasil Pengujian Laboratorium dengan Analisis Perhitungan Pembahasan Hasil Pengujian BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran Daftar Pustaka... xx Daftar Lampiran... xxii 11

12 DAFTAR TABEL BAB I Tidak terdapat tabel BAB II Tabel 2.1. Nilai Kuat Acuan (Mpa) Berdasarkan Pemilahan Secara Mekanis Pada Kadar Air 15% (PKKI NI ) Tabel 2.2. Nilai Rasio Tahanan (PKKI NI ) Tabel 2.3. Cacat Maksimum Untuk Setiap Kelas Mutu Kayu (PKKI NI ) Tabel 2.4. Konstanta Klos Tumpuan (PKKI NI ) Tabel 2.5. Harga Faktor Koreksi f (E. Kosasih Danasasmita) Tabel 2.6. Tahanan Lateral Acuan Baut Atau Pasak (Z) untuk Satu Alat Pengencang dengan Satu Irisan Yang Menyambung Dua Komponen (PKKI NI ) Tabel 2.7. Tahanan Lateral Acuan Baut Atau Pasak (Z) untuk Satu Alat Pengencang dengan Dua Irisan Yang Menyambung Tiga Komponen (PKKI NI ) Tabel 2.8(a). Kuat Tumpu Kayu (F e ) dalam N/Mm 2 untuk Baut ½ (Ali Awaludin, 2005) Tabel 2.8(b). Kuat Tumpu Kayu (F e ) dalam N/Mm 2 untuk Baut 5 / 8 (Ali Awaludin, 2005) Tabel 2.8(c). Kuat Tumpu Kayu (F e ) dalam N/Mm 2 untuk Baut 3/ 4 (Ali Awaludin, 2005)

13 Tabel 2.9. Jarak Tepi, Jarak Ujung dan Persyaratan Spasi untuk Sambungan dengan Baut (PKKI NI ) Tabel National Design and Specification U.S (Ali Awaludin, 2005) BAB III Tidak terdapat tabel BAB IV Tabel 4.1. Hasil Pengujian Kadar Air Tabel 4.2. Hasil Pengujian Berat Jenis Tabel 4.3. Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat Tabel 4.4. Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat Tabel 4.5. Hasil Pengujian Elastisitas Tabel 4.6. Tabulasi Perhitungan Tegangan dan Regangan Sampel Tabel 4.7. Tabulasi Perhitungan Tegangan dan Regangan Sampel Tabel 4.8. Tabulasi Perhitungan Tegangan dan Regangan Sampel Tabel 4.9. Hasil Regresi Ketiga Sampel Tabel Hasil Pemeriksaan Kuat Geser Sejajar Serat Tabel Rangkuman Pengujian Mechanical Properties (PKKI NI ). 86 Tabel Rangkuman Pengujian Mechanical Properties (SNI ) Tabel Hasil Pengujian Tekuk Kolom Ganda Tabel Hasil Perbandingan Nilai P elastis Analitis dan Laboratorium Tabel Hasil Perbandingan Nilai P kritis Analitis dan Laboratorium Tabel Hasil Perbandingan Nilai P ultimate Analitis dan Laboratorium

14 BAB V Tidak terdapat tabel 14

15 DAFTAR GAMBAR BAB I Gambar 1.1. Jenis Tekuk Kolom Euler... 3 Gambar 1.2. Potongan Melintang Posisi Perletakan Kolom Kayu... 7 Gambar 1.3. Model Pengujian dan Benda Uji... 7 BAB II Gambar 2.1. Batang Kayu yang Menerima Beban Lentur Gambar 2.2. Batang Kayu yang Menerima Gaya Geser Gambar 2.3. Batang Kayu yang Menerima Gaya Tekan Sejajar Serat Gambar 2.4. Batang Kayu yang Menerima Gaya Tekan Tegak Lurus Serat 16 Gambar 2.5. Batang Kayu yang Menerima Gaya Tarik Gambar 2.6. Kolom Euler Gambar 2.7. Jenis Kolom Berdasarkan Bentuk dan Susunan Tulangan Gambar 2.8. Jenis Kolom Berdasarkan Posisi Beban pada Penampang Gambar 2.9. Kondisi Perletakkan Kolom Gambar 2.10(a). Kesetimbangan Stabil Gambar 2.10(b). Kesetimbangan Netral Gambar 2.10(c). Kesetimbangan Tidak Stabil Gambar Kolom Berspasi Gambar Jarak Antar Baut Gambar Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan Gambar Geometrik Kolom Berspasi

16 Gambar Bentuk bentuk baut (ASCE, 1997) Gambar Geometrik Sambungan Baut Horizontal Gambar Geometrik Sambungan Baut Vertikal BAB III Gambar 3.1 Sampel Pemeriksaan Kadar Air Gambar 3.2. Sampel Pemeriksaan Berat Jenis Gambar 3.3. Sampel Pengujian Kuat Tekan dan Sejajar Serat Gambar 3.4. Sampel Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat Gambar 3.5. Sampel Pengujian Kuat Lentur dan Elastisitas Gambar 3.6. Kuat Geser Sejajar Serat Gambar 3.7. Penampang Kolom Persegi Berspasidengan Arah Tekuk yang Dikehendaki pada Sumbu Bahan Gambar 3.8. Penampang Kolom Persegi Berspasidengan Arah Tekuk yang Dikehendaki pada Sumbu Bebas Bahan Bahan Gambar 3.9. Benda Uji dengan 3 (Tiga) Variasi Klos Gambar Tampak Atas Benda Uji BAB IV Gambar 4.1. Grafik Tegangan Regangan Hasil Pengujian Elastisitas Kayu Sampel Gambar 4.2. Grafik Regresi Linear Tegangan-Regangan Kayu Sampel Gambar 4.3. Grafik Tegangan-Regangan Hasil Pengujian Elastisitas Kayu Sampel

17 Gambar 4.4. Grafik Regresi Linear Tegangan-Regangan Kayu Sampel Gambar 4.5. Grafik Tegangan-Regangan Hasil Pengujian Elastisitas Kayu Sampel Gambar 4.6. Grafik Regresi Linear Tegangan-Regangan Kayu Sampel Gambar 4.7. Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda I (Laboratorium) Gambar 4.8. Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda I (Analitis) Gambar 4.9. Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda II (Laboratorium) Gambar Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda II (Analitis) Gambar Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda III (Laoratorium) Gambar Grafik Hubungan Pembebanan dengan Penurunan Kolom Ganda III (Analitis) BAB V Tidak terdapat gambar 17

18 DAFTAR NOTASI A Luas penampang kayu (m 2 ) b h lebar penampang bahan Tinggi penampang bahan BJ Berat jenis kayu (gr/cm 3 ) D Diameter baut E Modulus elastisitas bahan (kg/cm 2 ) E w F c F em// F es// Modulus elastisitas lentur Tegangan tekan izin Kuat tumpu kayu utama sejajar serat Kuar tumpu kayu samping sejajar serat F yb Kuat lentur baut (N/mm 2 ) G Berat jenis kayu pada kadar air 15% I Momen inersia (cm 4 ) I I g K S L Momen inersia yang diperhitungkan Momen inersia geser Konstanta klos tumpuan (MPa) Panjang bentang m Kadar air kayu (%) P P cr Gaya luar Beban tekuk V g Volume basah kayu (m 3 ) 18

19 V x W d W g X Y Z Volume sampel Berat kering kayu oven (gr) Berat kering kayu basah (gr) Sumbu bahan Sumbu bebas bahan Tahanan lateral acuan baut atau pasak f s // Kuat geser (kg/cm 2 ) λ ω ε ζ Angka kelangsingan Faktor tekuk Regangan Tegangan ζ tk // Tegangan tekan sejajar serat (kg/cm 2 ) ζ tr // Tegangan tarik sejajar serat (kg/cm 2 ) ρ Kerapatan kayu (kg/m 3 ) π δ Phi radian Deformasi / lendutan 19