KEKUATAN TARIK DAN TEKAN KOMPONEN BAMBU UNTUK KONSTRUKSI RANGKA BATANG RUANG

Transkripsi

1 KEKUATAN TARIK DAN TEKAN KOMPONEN BAMBU UNTUK KONSTRUKSI RANGKA BATANG RUANG Gina Bachtiar 1, Santoso Sri Handoyo 2 1 Jurusan Teknik Sipi, Universitas Negeri Jakarta, Jl. Rawamangun Muka No.1, Jakarta gnbachtiar93@gmail.com 2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Negeri Jakarta, Jl. Rawamangun Muka No.1, Jakarta santoso_handoyo@yahoo.com ABSTRAK Perbedaan kekuatan bamboo antara daerah buku dan ruas, kuat tarik bambu yang setara dengan kuat tarik baja, serta kuat geser sejajar serat yang rendah menyebabkan buluh bambu cocok digunakan untuk konstruksi rangka batang (Dewi, 2005). Mengingat pada konstruksi rangka batang, batangbatang dihubungkan secara sendi, maka beban yang bekerja pada batang hanya gaya aksial tekan dan tarik Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan maksimum yang dapat diterima oleh komponen dengan menggunakan sambungan yang dirancang khusus pada kedua ujung komponen. Dengan sampel terbuat dari bambu tali (Gigantochloa apus) yang berdiameter 4 cm dengan panjang 100cm, diperoleh gaya tekan sampel minimum sekitar 1000 kg dan gaya tarik sampel minimum sekitar 1500 kg. Dengan membandingkan besarnya beban maksimum yang akan bekerja pada komponen rangka batang ruang serta kekuatan terkecil dari keseluruh sampel yang diuji, diperoleh bambu tali dengan diameter 4 cm dengan bentuk sambungan pasak kayu dan baut, cukup aman untuk dipergunakan sebagai komponen struktur atap sederhana berukuran 4 m x 4 m dengan 4 tumpuan dan panjang masing-masing elemen 100cm. Kata kunci: rangka batang, batang, tarik, tekan 1. PENDAHULUAN Bambu sebagai bahan bangunan mempunyai beberapa kelebihan, seperti: nilai estika, kuat tariknya yang cukup tinggi, massa jenis yang kecil dan momen inersianya cukup tinggi. Nuryatin (2000) yang meneliti beberapa sifat dasar bambu, dengan sampel bambu tali yang berasal dari daerah Dramaga mendapatkan kuat tekan dan kuat tarik berturut-turut 307 kg/cm 2 dan 1,400 kg/cm 2 dengan berat jenis sekitar 0.6. Nilai ini sesuai dengan penelitian Purwito (1995) dalam Moriscco (2006) bambu tali yang berumur lebih dari 3 tahun yang menunjukkan nilai kuat tekan 250 1,000 kg/cm 2 dan kuat tarik 1,000 4,000 kg/cm 2. Selain itu, bambu dapat dipanen dalam waktu yang relatif cepat. Jika kayu untuk penggunaan konstruksi baru dapat ditebang setelah berumur lebih dari sepuluh tahun, bambu untuk keperluan konstruksi dapat diambil setelah berumur 3 sampai 6 tahun. Sebagai familia rumput-rumputan, penebangan batang bambu tidak akan mematikan rumpun. Rumpun tersebut dapat terus menghasilkan buluh-buluh baru. Bambu selama ini, banyak dipergunakan di daerah pedesaan, dengan teknologi sederhana berdasarkan pengalaman turun temurun. Karena bambu pada umumnya digunakan untuk rumah-rumah sederhana di pedesaan, maka timbul opini masyarakat yang menghubungkan bambu dengan kemiskinan, bahkan di India bambu disebut sebagai kayu untuk orang miskin (Frick, 2004). Oleh karena itu, orang enggan tinggal di rumah bambu. Sementara pada saat ini terjadi krisis persediaan kayu, sehingga diharapkan bambu dapat memasuki pasar bahan bangunan menggantikan kayu sebagai bahan bangunan alternatif. Bambu merupakan bahan konstruksi yang unik, karena kekuatannya yang tinggi dan tumbuh sangat cepat. Produksinya yang sangat cepat mengakibatkan produksinya lebih banyak dari kayu, sehingga harganya sangat murah bila dibandingkan dengan kayu. Bambu dan produk berbahan bambu seharusnya dapat ditingkatkan sehingga setara dengan bahan bangunan lain. Berbeda dengan kayu yang baru siap ditebang dengan kualitas baik, setelah berumur lebih dari tiga puluh tahun, bambu sebagai bahan bangunan dapat diperoleh pada umur 3 5 tahun (Morisco, 2005). Untuk itu, diperlukan penelitian dan pengembangan agar pemanfaatannya menjadi optimal. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan maksimum yang dapat diterima oleh komponen dengan menggunakan sambungan yang dirancang khusus pada kedua ujung komponen. Dengan demikian diharapkan dapat memberi nilai tambah pada penggunaan bambu, khususnya bambu tali sebagai bahan bangunan yang murah dan ramah lingkungan. SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 M-55

2 4x1m Material 2. TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk merancang bentuk sambungan serta menghitung kekuatan tekan dan tarik komponen rangka batang ruang serta mengevaluasi penggunaannya untuk rangka atap berukuran 3 m x 4 m. 3. RUANG LINGKUP PENELITIAN Pada Penelitian ini dibatasi penggunaan pada bambu tali (Gigantochloa apus Kurz) dengan diameter 4 cm dan diameter 4 cm untuk konstruksi atap kanopi yang berukuran 4m x 4 m dengan empat tumpuan. Panjang komponen seragam yaitu 100 cm, seperti Gambar 1. U V W X Y m n o p P Q R S T i j k l K e L M N O f g h F G H I J a b c d A B C 4 x 1 m D E 4. BAHAN DAN METODE Gambar 1. Bentuk Rangka atap yang dianalisa (tampak atas) Bahan yang digunakan adalah bambu tali (Gigantocloa apus Kurz) berumur 3 5 tahun yang berasal dari daerah Sawangan dengan diameter 4,0 4,5 cm dengan panjang 100 cm Penelitian ini dibagi menjadi tiga tahap; yaitu analisa kekuatan tarik dan tekan komponen, eksperimen kekuatan maksimum komponen dan evaluasi kekuatan komponen terhadap gaya yang bekerja pada rangka atap. Sambungan merupakan bagian paling kritis dalam suatu struktur, karena sambungan harus dapat meneruskan beban. Oleh karena itu, untuk mendapatkan hasil perancangan sambungan yang optimal, perancangan perlu dilakukan dengan teliti secara bertahap. Perancangan sambungan Sambungan yang direncanakan merupakan sambungan untuk struktur rangka batang ruang, sehingga harus memenuhi: a) Sambungan harus dapat menerima gaya yang bekerja dan memindahkannya ke buluh bambu, sebagai bagian utama komponen, baik beban tarik maupun tekan yang terjadi. b) Kekuatan sambungan harus dapat dianalisa secara mekanika. c) Masing-masing sambungan harus dilengkapi dengan sebuah baut lengkap dengan mur yang dapat berputar bebas yang berfungsi sebagai alat sambung. d) Satu titik simpul dapat menggabungkan lebih dari empat komponen. Selain mempunyai beberapa keunggulan, seperti beratnya yang relatif ringan dan faktor estetika penggunaan bambu sebagai bahan bangunan, bambu juga mempunyai beberapa kendala, diantaranya: a) Bambu merupakan bahan bangunan yang bersifat an-isotropis, dengan sifat mekanik terbaik dalam arah longitudinal. Bambu mempunyai kuat tekan dan kuat tarik yang cukup tinggi, tetapi kuat geser dan kuat belahnya sangat kecil. b) Bentuk bambu yang mendekati bulat dengan lubang di dalamnya, mempunyai dimensi yang tidak seragam, baik diameter luar, tebal dinding, maupun jarak antar buku. M-56 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5

3 c) Kelurusan bambu terbatas. Perhitungan kekuatan komponen Kekuatan komponen ditentukan dengan menghitung beban yang dapat diterima oleh buluh bambu dengan sambungan pada kedua ujungnya. Beban yang dihitung adalah beban yang dapat dipikul oleh komponen rangka batang ruang, baik gaya tekan maupun gaya tarik. Kekuatan sambungan dihitung dengan analisa mekanika. Analisa mekanika rangka atap Dalam penelitian ini dikembangkan model rangka batang ruang 4 m x 4 m dengan 4 tumpuan dan panjang komponen seragam yaitu: 1 m. Model rangka batang akan dianalisa untuk penggunakan bambu tali berdiameter luar 4 cm. Ekperimen kekuatan komponen Ekperimen dilakukan terhadap sampel sebanyak 40 buah komponen rangka batang ruang dengan menggunakan bambu tali berdiameter 4 4,5 cm dengan panjang komponen 100 cm. Pengujian tarik dilakukan terhadap 20 buah sampel dan terhadap 20 sampel lain dilakukan uji tekan. Pengujian sampel dilakukan pada Laboratorium Struktur, Balai Besar Teknologi Kekuatan Struktur (B2TKS) BPPT, Serpong Tangerang dengan menggunakan peralatan seperti pada Tabel 1. Tabel 1. Alat Pengujian komponen No. Nama Peralatan Fungsi Actuator PL 63 kn Load Cell PL 63 kn LVDT Kelsey Control X-Y Recorder Plate, Jig dan Rig Meteran, jangka sorong Pembangkit gaya Sensor gaya Sensor langkah mesin/lendutan (defleksi) Pengontrol pembangkit beban Perekam grafik gaya vs defleksi Alat bantu Pengukur dimensi 5. HASIL DAN PEMBAHASAN Perancangan Sambungan Berdasarkan analisa terhadap kebutuhan, maka bentuk sambungan yang baik direncanakan dengan menggunakan pasak kayu dengan dua buah ring pelat. Selain itu, untuk menghindari pecahnya bambu di antara bagian yang lurus dengan bagian yang ditirus pada saat gaya tekan diteruskan ke buluh bambu, maka penggunaan klem besi diperpanjang, sehingga bentuk yang direncanakan menjadi seperti pada Gambar 2. Nut Ring A Tappered steel ring d D Gambar 2. Detail sambungan Wooden plug Bolt Epoxy Ring B Bamboo h Perhitungan Kekuatan Komponen Perhitungan kekuatan kekuatan komponen secara analisis dengan memperhatikan sifat fisik dan mekanik bambu serta dimensi sambungan maksimum yang dapat dibuat, maka kekuatan maksimal komponen dapat dihitung. Dalam SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 M-57

4 perhitungan kekuatan maksimal sampel, diasumsikan bahwa panjang baut yang tersedia 20 cm, sehingga panjang bidang geser maksimal yang dapat dibuat adalah 10 cm. Dengan memasukkan data sambungan pada persamaanpersamaan di atas, maka diperoleh kekuatan maksimal komponen seperti terlihat pada Tabel 2. Tabel 2. Analisa kekuatan tekan dan tarik maksimum Dimension D=4cm, L=100 cm Satuan Outer diameter (D) 4,00 cm Wall thickness (t) 0,50 cm Member length (L) 100,00 cm Area (A) 5,50 cm 2 Second moment (I) 8,59 cm 4 Radius (r) 1,25 cm Modulus of elasticity(moe) 8300,00 kg/cm 2 Compression strength ( tk ) 127,00 kg/cm 2 Slenderness ( ) 80,00 Buckling factor ( ) 1,97 Compression (P tkn ) 501,43 kg Compression stress( trk ) 600 kg/cm 2 Culm tension (P tarik buluh ) 3297,00 kg Shear stress ( ) 25,00 kg/cm 2 Shear high (h) 10 cm Shear Tesion (P tarik geser ) 2355,00 kg Kekuatan komponen berdasarkan eksperimen Pengujian sampel terhadap beban tekan dan beban tarik menunjukkan bahwa nilai rata-rata beban tarik komponen sebesar 1400 kg, sedangkan beban tekan rata-rata 1700 kg. Nilai kekuatan maksimum dan minimum sampel terhadap kuata tarik dan tekan sampel dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai beban Tekan dan beban tarik sampel (kgf) Rata-rata maksimum minimum SD Beban Tekan , ,91 Beban Tarik , ,61 130,22 Analisa Mekanika Rangka Atap Perhitungan struktur dilakukan dengan SAP 2000 untuk dua model rangka batang ruang dengan panjang batang seragam satu meter. Dalam perhitungan struktur tersebut beban yang diperhitungkan diambil sesuai dengan SNI tentang Tata Cara Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung. Beban yang diperhitungkan adalah: a. Berat sendiri : Penutup atap = 15 kg/m 2 Gording = 3 kg/m b. Beban hidup = 100 kg/m 2 c. Beban angin untuk atap miring sepihak (dengan ) = 1.2 x 25 kg/m 2 Dengan penomoran batang seperti Gambar 3, diperoleh gaya batang hasil perhitungan analisa struktur: a) Gaya tarik maksimum batang sebesar 76,24 kg pada batang nomor :106, 115, 118 & 127 b) Gaya tekan maksimum batang sebesar 238,44 kg pada batang nomor :10, 15, 50 & 55 M-58 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5

5 Pembahasan Gambar 3. Rangka atap dan penomoran batang Jika besarnya gaya tekan maksimum yang diperoleh dari analisa komponen (Tabel 2) dibandingkan dengan gaya maksimum yang dapat diterima komponen (Tabel 3), maka terlihat bahwa beban tekan sampel lebih besar dari hasil analisa.hal sebaliknya terjadi pada pepmbebanan sampel terhadap tarik, hasil pengujian menunjukkan bahwa beban yang dapat diterima komponen (Tabel 3) lebih kecil dari beban tarik hasil analisa (Tabel 2). Jika hasil pengujian sampel (Tabel 3) dibandingkan dengan beban maksimum yang bekerja pada rangka batang, maka baik gaya tekan maupun gaya tarik yang dapat diterima komponen jauh melebihi beban yang bekerja. 6. KESIMPULAN 1. Hasil analisa terhadap komponen rangka batang ruang dengan menggunakan sambungan hasil rancangan menunjukkan bahwa komponen yang dibuat dari bambu tali cukup baik dalam menerima gaya tarik maupun gaya tekan. 2. Berdasarkan analisa terhadap beberapa model rangka atap terbukti bambu berdiameter 4 cm dapat dimanfaatkan untuk pembuatan rangka batang ruang sampai dengan rangka berukuran 4 m x 4 m dengan 4 (empat) tumpuan. DAFTAR PUSTAKA [Aachen] RWTH Aachen Univesity. (2005) Bamboo at The Institute of Structural Design. Desember2005] Bachtiar G, S. Surjokusumo, Y.S. Hadi, and N. Nugroho. (2005) Bamboo as Space Truss Elements. Dwianto W, editor. Proceedings of 6 th International Wood Science Symposium, August Bali Indonesia, hlm 9-11 Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan. (1983) Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan, Bandung [ICBO] International Conference of Building Officials. (2000) Acceptance Criteria for Structural Bamboo. AC162. California, USA [ISO] International Standard Organisation. (2004) N Laboratory Manual on Testing Methods for Determination of Physical and Mechanical Properties of Bamboo, Janssen, J.J.A. (1981) Bamboo in Building Structures, Doctor of Technical Science Thesis, Eindhoven University of Technilogy, Eindhoven, Netherlands. Morisco. (2005) Rangkuman Penelitian Bambu di Pusat Studi Ilmu Teknik (PSIT) UGM, Makalah Seminar Nasinal Perkembangan Perbambuan di Indonesia, Yogyakarta, 17 Januari Yogyakarta : Pusat Studi Ilmu Teknik UGM, hlm Morisco. (2006) Bahan Kuliah Teknologi Bambu, Program Magister Teknologi Bahan Bangunan, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 M-59

6 M-60 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5