ANALISIS BALOK BERSUSUN DARI KAYU LAPIS DENGAN MENGGUNAKAN PAKU SEBAGAI SHEAR CONNECTOR (EKSPERIMENTAL) TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 ANALISIS BALOK BERSUSUN DARI KAYU LAPIS DENGAN MENGGUNAKAN PAKU SEBAGAI SHEAR CONNECTOR (EKSPERIMENTAL) TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh SRI ELFINA PANJAITAN DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSION UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 LEMBAR PENGESAHAN ANALISIS BALOK BERSUSUN DARI KAYU LAPIS DENGAN MENGGUNAKAN PAKU SEBAGAI SHEAR CONNECTOR (EKSPERIMENTAL) Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas Dan Memenuhi Syarat Dalam Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Dikerjakan oleh : SRI ELFINA PANJAITAN Pembimbing : Ir. Sanci Barus, MT Nip Penguji I Penguji II Penguji III Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Ir. Faizal Ezeddin, MS Ir. Syahril Dulman Nip Nip Nip Mengesahkan, Koordinator PPE Departemen Teknik Sipil Fak. Teknik USU Ketua Departemen Teknik Sipil Fak. Teknik USU Ir. Faizal Ezeddin, MS Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP NIP DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSION UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

3 LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR NAMA : SRI ELFINA PANJAITAN NIM : JUDUL : ANALISIS BALOK BERSUSUN DARI KAYU LAPIS DENGAN MENGGUNAKAN PAKU SEBAGAI SHEAR CONNECTOR (EKSPERIMENTAL) DOSEN : Ir. SANCI BARUS, MT NO. TANGGAL KETERANGAN T. TANGAN

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunianya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir ini berjudul Analisis Balok Bersusun dari Kayu Lapis dengan Eksperimen disusun untuk melengkapi tugas-tugas syarat yang harus dipenuhi untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Sipil pada Departemen Teknik Sipil. Dalam penulisan tugas akhir ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Orang tua (Ajun Albertus Panjaitan dan Rosmayta Sinaga) beserta keluarga besar yang selalu memberikan dukungan moril dan materil 2. Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku Dosen pembimbing dalam penyusunan Tugas Akhir ini; 3. Bapak Ir. Faizal Ezeddin MS selaku Koordinator Program Pendidikan Sarjana Ekstension Departemen Teknik Sipil ; 4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil 5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil 6. Bapak/Ibu Pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara 7. Rekan-rekan mahasiswa, serta semua pihak yang telah membantu saya dalam pengujian sehingga penulisan tugas akhir ini dapat diselesaikan. Akhir kata, penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis pada khususnya. Medan, Mei 2010 Penulis, Sri Elfina Panjaitan NIM:

5 ABSTRAK Kayu dikenal sebagai bahan konstruksi yang telah lama dikenal di Indonesia. Kemudahan mendapatkan kayu menjadikannya sebagai salah satu bahan konstruksi yang penting. Dengan perkembangan dan teknologi kayu (Timber Engineering) dewasa ini manusia cenderung membuat bahan-bahan kayu lebih terarah dengan memanfaatkan bahan kayu menjadi kayu lapis yang sangat berguna di dalam berbagai penggunaan kayu umumnya dan kehidupan manusia khususnya. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian physical dan mechanical properties kayu yang terdiri dari: pemeriksaan kadar air, berat jenis, kuat tekan sejajar serat, kuat lentur dan elastisitas serta pengujian lentur balok kayu. Balok kayu tersusun ada dua jenis yaitu balok disusun tanpa penahan geser dan balok disusun dengan penahan geser. Balok susun dengan penahan geser menjadikan balok menjadi satu kesatuan (geseran dapat dicegah), lendutan lebih kecil dan daya dukung lebih besar. Pengujian dilakukan terhadap dua jenis kayu yang berbeda yakni kayu sembarang dan kayu lapis (plywood). Dengan kayu sembarang untuk benda uji balok kayu utuh dan kayu lapis untuk benda uji balok bersusun dengan variasi jumlah paku sebagai shear connector yaitu 5 paku, 10 paku dan 15 paku. Pembebanan dilakukan secara bertahap sampai kondisi runtuh dan pada setiap tahap pembebanan dibaca besarnya lendutan yang terjadi. Dari hasil pengujian ini diperoleh besarnya daya dukung balok kayu utuh adalah 200 kg, balok bersusun dari kayu lapis dengan 5 buah paku adalah 50 kg, balok bersusun dari kayu lapis dengan 10 buah paku adalah 70 kg dan balok bersusun dari kayu lapis dengan 10 buah paku adalah 90 kg. Dan dalam bentuk persentase berturut-turut adalah 25%, 35% dan 45%.

6 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK iii DAFTAR ISI iv DAFTAR TABEL vii DAFTAR GAMBAR x DAFTAR GRAFIK xi DAFTAR NOTASI xiii BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Umum dan Latar Belakang Tujuan Penelitian Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Metodelogi Penelitian... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum Teori-Teori Tentang Konstruksi Terlentur Metode Penyelesaian untuk Aplikasi Prinsip Energi Kalkulus variasi Metode Rayleigh-Ritz Metode Galerkin Analisa Balok Bersusun dengan Metode Energi Energi regangan akibat lentur dan aksial Energi regangan akibat slip antar bidang Energi potensial akibat gaya luar Total energi pada balok bersusun Penyelesaian persamaan energi Aplikasi dari penyelesaian persamaan energi Sifat Kayu... 24

7 Sifat kayu secara umum Berat jenis Kadar air Kekuatan kayu Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia Berdasarkan Revisi PKKI NI BAB III Persyaratan Kuat acuan Komponen Struktur Lentur, Momen dan Geser Sambungan mekanis PENGUJIAN DAN APLIKASI 3.1. Persiapan dan Perencanaan Pengujian Pelaksanaan Penelitian Rangka Dudukan Benda Uji Perencanaan Benda Uji Balok Kayu Hasil Pengujian Pengujian Kadar Air Pengujian Berat Jenis Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat Pengujian Kuat Geser Langsung Paku-Kayu Pengujian Elastisitas Kayu Pengujian Tegangan Lentur Izin Kayu Implementasi Hasil Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis Kayu pada Analisa Lendutan dan Regangan Balok Bersusun Perhitungan Perpindahan Horizontal dan Vertikal pada balok Bersusun Hasil Pengujian Balok Bersusun Perbandingan Hasil Pengujian Dengan Analisa Teori Lentur... 91

8 BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

9 DAFTAR TABEL Nomor Judul Hal Tabel 1.1 Variasi shear connector... 5 Tabel 2.1 Perbandingan persentase kekuatan kayu basah terhadap kayu kering udara menurut Gardner dan Newlin/Wilson (PKKI NI-5) Tabel 2.2 Nilai kuat acuan (Mpa) berdasarkan alat pemilahan secara mekanis pada kadar air 15% Tabel 2.3 Estimasi kuat acuan berdasarkan atas berat jenis pada kadar air 15% untuk kayu berserat lurus tanpa cacat kayu Tabel 2.4 Nilai rasio tahanan Tabel 2.5 Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu Tabel 2.6 Faktor tahanan, φ Tabel 2.7 Faktor waktu, λ Tabel 2.8 Keberlakuan faktor koreksi (FK) untuk sambungan Tabel 2.9 Berbagai dimensi paku Tabel 3.1 Hasil pengujian kadar air kayu sembarang Tabel 3.2 Hasil pengujian kadar air kayu lapis Tabel 3.3 Hasil pengujian berat jenis kayu sembarang Tabel 3.4 Hasil pengujian berat jenis kayu lapis Tabel 3.5 Hasil pengujian kuat tekan sejajar serat Tabel 3.6 Hasil pengujian kuat geser langsung paku-kayu... 57

10 Tabel 3.7 Hasil pengujian elastisitas Tabel 3.8 Perhitungan tegangan regangan kayu sembarang sampel Tabel 3.9 Perhitungan tegangan regangan kayu sembarang sampel Tabel 3.10 Perhitungan tegangan regangan kayu sembarang sampel Tabel 3.11 Perhitungan tegangan regangan kayu sembarang sampel Tabel 3.12 Perhitungan tegangan regangan kayu sembarang sampel Tabel 3.13 Perhitungan elastisitas lentur kayu dari grafik regresi linier kayu sembarang Tabel 3.14 Perhitungan tegangan regangan kayu lapis sampel Tabel 3.15 Perhitungan tegangan regangan kayu lapis sampel Tabel 3.16 Perhitungan tegangan regangan kayu lapis sampel Tabel 3.17 Perhitungan tegangan regangan kayu lapis sampel Tabel 3.18 Perhitungan tegangan regangan kayu lapis sampel Tabel 3.19 Perhitungan elastisitas lentur kayu dari grafik regresi linier Tabel 3.20 Hasil pengujian tegangan lentur kayu sembarang Tabel 3.21 Perhitungan tegangan lentur karakteristik kayu sembarang Tabel 3.22 Hasil pengujian tegangan lentur kayu lapis Tabel 3.23 Perhitungan tegangan lentur karakteristik kayu lapis Tabel 3.24 Rekapitulasi pengujian mechanical properties kayu sembarang dan kayu lapis Tabel 3.25 Hasil perhitungan balok B Tabel 3.26 Hasil perhitungan balok B

11 Tabel 3.27 Hasil perhitungan balok B Tabel 3.28 Hasil pengujian benda uji balok kayu utuh lendutan di ¼L dan ½L Tabel 3.29 Hasil pengujian kuat lentur kayu bersusun dengan kayu lapis B.5 lendutan di ¼L dan ½L Tabel 3.30 Hasil pengujian kuat lentur kayu bersusun dengan kayu lapis B.10 lendutan di ¼L dan ½L Tabel 3.31 Hasil pengujian kuat lentur kayu bersusun dengan kayu lapis B.15 lendutan di ¼L dan ½L Tabel 3.32 Pengujian lentur balok kayu solid tunggal, pengujian lentur balok kayu bersusun B.5; B.10; B.15 pada lendutan ½L Tabel 3.33 Hubungan antara beban, lendutan teori dan lendutan hasil Pengujian pada balok kayu utuh Tabel 3.34 Hubungan antara beban; lendutan teori balok utuh; lendutan teori energi dan lendutan hasil pengujian pada balok B Tabel 3.35 Hubungan antara beban; lendutan teori balok utuh; lendutan teori energi dan lendutan hasil pengujian pada balok B Tabel 3.36 Hubungan antara beban; lendutan teori balok utuh; lendutan teori energi dan lendutan hasil pengujian pada balok B Tabel 3.37 Analisa daya dukung kayu lapis terhadap balok utuh... 94

12 DAFTAR NOTASI E i I i A i h i v 1 v 2 u w z Δ F n s P M W Elastisitas balok kayu lapisan i Inersia balok kayu lapisan i Luas penampang balok kayu lapisan i Tinggi balok kayu lapisan i Perpindahan arah sumbu datar suatu elemen struktur Perpindahan arah sumbu vertikal suatu elemen struktur Perpindahan axial pada pertengahan tinggi suatu lapisan Perpindahan arah sumbu tegak pada pertengahan tinggi Setengah tinggi suatu lapisan Slip pada pertemuan antar lapisan Kekuatan penghubung geser Jumlah penghubung geser dalam satu baris Jarak antar penghubung geser dalam satu baris Beban pada balok bersusun Momen maksimum Momen tahanan terhadap garis netral m Kadar air (%) Gx Berat benda uji mula-mula Gk Berat benda uji setelah di oven (gr) BJ Berat jenis kayu (gr/cm³) Wx Berat benda uji dalam keadaan kering udara (gr) Vx Volume sampel (cm³) P Beban maksimum (kg A Luas bagian yang tertekan (cm²) µ Nilai rata-rata ε Regangan Ew adalah modulus elastisitas lentur, Mpa adalah momen terfaktor M adalah momen tahanan lentur terkoreksi

13 adalah faktor tahanan lentur = 0,85 adalah faktor waktu adalah gaya geser terfaktor V adalah tahanan geser terkoreksi adalah faktor tahanan geser = 0,75 R B I nf adalah momen puntir terfaktor adalah tahanan puntir lentur terkoreksi Rasio kelangsingan Panjang efektif kolom Momen inersia balok untuk arah geser adalah jumlah alat pengencang a i n i jumlah alat pengencang efektif pada baris alat pengencang i jumlah alat pengencang dengan spasi yang seragam Z adalah tahanan terkoreksi sambungan Zu adalah gaya perlu pada sambungan α adalah sudut antar sumbu penyambung terhadap arah serat (derajat) Ѳ adalah sudut antara garis kerja gaya dan arah serat kayu φ c // adalah faktor tahanan tekan sejajar serat C f C L C eg C g CM adalah faktor bentuk adalah faktor stabilitas balok adalah faktor penetrasi, untuk memperhitungkan reduksi penetrasi alat pengencang sesuai Butir 10 (Revisi PKKI NI-2002) adalah faktor aksi kelompok, untuk memperhitungkan pembebanan yang tidak merata dari baris alat pengencang majemuk sesuai dengan Butir 10 (Revisi PKKI-NI 2002) adalah faktor layan basah, untuk memperhitungkan kadar air masa layan yang lebih tinggi daripada 19% untuk kayu masif dan 16% untuk produk kayu yang dilem

14 C rt adalah faktor tahan api, untuk memperhitungkan pengaruh perlakuan tahan api terhadap produk-produk kayu dan sambungan. C t adalah faktor temperatur, untuk memperhitungkan temperatur layan lebih tinggi daripada 38 C secara berkelanjutan C pt C E Faktor koreksi pengawetan kayu adalah faktor koreksi aksi komposit C r C L adalah faktor koreksi pembagi beban adalah faktor koreksi stabilitas balok Cp CI t m F em F es t s adalah faktor kestabilan kolom adalah faktor koreksi interaksi tegangan Tebal komponen struktur utama Kuat tumpu komponen struktur utama Kuat tumpu komponen struktur sekunder Tebal komponen struktur sekunder

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Detail pengujian balok kayu... 4 Gambar 2.1 Perilaku balok yang dibebani P... 6 Gambar 2.2 Perilaku dua balok yang tidak menyatu dibebani P... 8 Gambar 2.3 Perilaku dua balok yang menyatu dibebani P... 9 Gambar 2.4 Perilaku balok dalam melentur Gambar 2.5 Suatu balok dengan lenturan murni Gambar 2.6 Perpindahan geometrik dari balok Gambar 2.7 Hubungan slip dengan perpindahan Gambar 2.8 Hubungan antara beban tekan dan deformasi untuk tarikan dan tekanan Gambar 2.9 Batang kayu menerima gaya tarik sejajar serat Gambar 2.10 Batang kayu menerima gaya tekan sejajar serat Gambar 2.11 Batang kayu menerima gaya tekan tegak lurus serat Gambar 2.12 Batang kayu yang menerima gaya geser tegak lurus arah serat τ// (kg/cm²) Gambar 2.13 Lendutan pada beban P terpusat Gambar 2.14 Bahaya kayu yang menerima beban lengkung Gambar 2.15 Penempatan paku sambungan horizontal dan vertikal Gambar 3.1 Sampel penelitian kadar air Gambar 3.2 Sampel penelitian berat jenis... 47

16 Gambar 3.3 Sampel penelitian kuat tekan Gambar 3.4 Sampel kuat geser langsung paku-kayu Gambar 3.5 Sampel penelitian kuat lentur Gambar 3.6 Penempatan dial dan beban pada sampel Gambar 3.7 Sampel penelitian elastisitas Gambar 3.8 Penempatan dial dan beban pada benda uji Gambar 3.9 Penampang balok persegi Gambar 3.10 Variasi jumlah dan penempatan paku pada balok bersusun dari kayu lapis... 78

17 DAFTAR GRAFIK Grafik 3.1 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu sembarang sampel Grafik 3.2 Regresi linier tegangan regangan kayu sembarang sampel Grafik 3.3 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu sembarang sampel Grafik 3.4 Regresi linier tegangan regangan kayu sembarang sampel Grafik 3.5 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu sembarang sampel Grafik 3.6 Regresi linier tegangan regangan kayu sembarang sampel Grafik 3.7 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu sembarang sampel Grafik 3.8 Regresi linier tegangan regangan kayu sembarang sampel Grafik 3.9 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu sembarang sampel Grafik 3.10 Regresi linier tegangan regangan kayu sembarang sampel Grafik 3.11 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu lapis sampel Grafik 3.12 Regresi linier tegangan-regangan kayu lapis sampel Grafik 3.13 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu lapis sampel Grafik 3.14 Regresi linier tegangan-regangan kayu lapis sampel Grafik 3.15 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu lapis sampel

18 Grafik 3.16 Regresi linier tegangan-regangan kayu lapis sampel Grafik 3.17 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu lapis sampel Grafik 3.18 Regresi linier tegangan-regangan kayu lapis sampel Grafik 3.19 Tegangan regangan dari pengujian elastisitas kayu lapis sampel Grafik 3.20 Regresi linier tegangan-regangan kayu lapis sampel Grafik 3.21 Hubungan pembebanan Vs lendutan pada balok kayu utuh Grafik 3.22 Hubungan pembebanan Vs lendutan pada balok bersusun dengan kayu lapis (B.5) Grafik 3.23 Hubungan pembebanan Vs lendutan pada balok bersusun dengan kayu lapis (B.10) Grafik 3.24 Hubungan pembebanan Vs lendutan pada balok bersusun dengan kayu lapis (B.15) Grafik 3.25 Hubungan pembebanan Vs lendutan pada balok bersusun dengan kayu lapis Grafik 3.26 Hubungan antara beban Vs lendutan dari teori dan pengujian pada balok kayu utuh... 92