2 PENGENALAN ALAT SAMBUNG KAYU Karena alasan geometrik, pada konstruksi kayu sering diperlukan sambungan yang berfungsi untuk memperpanjang batang kayu (overlapping connection) atau menggabungkan beberapa batang kayu pada satu buhul/joint. Secara umum, sambungan merupakan bagian terlemah dari konstruksi kayu. Kegagalan konstruksi kayu sering diakibatkan oleh gagalnya fungsi sambungan daripada kegagalan material kayu itu sendiri. Kegagalan pada sambungan dapat berupa: pecahnya kayu diantara dua alat sambung, bengkoknya alat sambung, atau lendutannya (efek kumulatif dari sesaran atau slip alat sambung) sudah melampaui nilai toleransi. Beberapa hal yang menyebabkan rendahnya kekuatan sambungan pada konstruksi kayu menurut Awaludin (2002) adalah sebagai berikut: 1. Terjadinya pengurangan luas tampang Pemasangan alat sambung seperti baut, pasak, dan gigi, menyebabkan berkurangnya luas efektif penampang kayu yang disambung sehingga kuat dukung batangnya menjadi lebih rendah bila dibandingkan dengan batang yang berpenampang utuh.
16 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu 2. Terjadinya penyimpangan arah serat Pada buhul seringkali terdapat gaya yang sejajar serat pada satu batang, tetapi tidak sejajar serat dengan batang yang lain. Karena kekuatan kayu yang tidak sejajar serat lebih kecil dari pada yang sejajar serat, maka kekuatan sambungan harus didasarkan pada kekuatan kayu yang tidak sejajar serat (kekuatan yang terkecil). 3. Terbatasnya luas sambungan Kayu memiliki kuat geser sejajar serat yang kecil sehingga mudah pecah apabila beberapa alat sambung dipasang berdekatan. Oleh karena itu, dalam penempatan alat sambung disyaratkan jarak minimal antar alat sambung agar kayu terhindar dari kemungkinan pecah sebelum kekuatan teoritis sambungan dapat dicapai. Dengan adanya ketentuan jarak tersebut, maka luas efektif sambungan atau luas yang dapat digunakan untuk penempatan alat sambung menjadi berkurang dengan sendirinya. Efektifitas suatu alat sambung dapat diukur berdasarkan kuat dukung yang disumbangkan oleh sambungan dibandingkan dengan kuat ultimit kayu yang di sambungnya. Sebagai contoh, sebuah batang kayu memiliki kuat tarik ultimit 10 ton, pada bagian sambungan digunakan alat sambung A dan kekuatan tarik sambungan adalah 2,5 ton. Maka efektifitas alat sambung A adalah 25% (2,5ton/10ton).
BAB 2 Pengenalan Alat Sambung Kayu 17 I. Ciri-ciri alat sambung yang baik Pengurangan luas kayu yang digunakan untuk menempatkan alat sambung relatif kecil atau bahkan nol. Memiliki nilai banding antara kuat dukung sambungan dengan kuat ultimit batang yang disambung yang tinggi. Menunjukkan perilaku pelelehan sebelum mencapai keruntuhan (daktail). Memiliki angka penyebaran panas (thermal conductivity) yang rendah. Murah dan mudah di dalam pemasangannya. II. Jenis-jenis sambungan Sambung dapat dibedakan menjadi sambungan satu irisan (menyambungkan dua batang kayu), dua irisan (menyambungkan tiga batang kayu), dan seterusnya seperti pada Gambar 4. Menurut sifat gaya yang bekerja pada sambungan, sambungan juga dapat dibedakan menjadi sambungan desak, sambungan tarik, dan sambungan momen. Pada sambungan desak atau tarik, apabila pusat kelompok alat sambung tidak terletak pada garis kerja gaya maka akan terbentuk gaya momen selain gaya aksial. Gambar 4. Sambungan satu irisan dan dua irisan
18 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu III. Jenis-jenis alat sambung Dari berbagai macam alat sambung kayu yang pernah dipergunakan, salah satu sifat atau karakteristik yang dapat dibandingkan adalah kurva beban vs sesaran/slip. Kurva ini menunjukkan besarnya dukungan sambungan dan sesaran yang terjadi antara alat sambung dengan kayu yang disambungnya. Hasil pengujian yang dilakukan oleh Racher (1995) untuk beberapa macam alat sambung dapat dilihat pada Gambar 5. Secara umum, sifat atau karakteristik masing-masing alat sambung akan diuraikan pada bahasan berikut ini. Jenis alat sambung (a): Lem (12,5 10 3 mm 2 ) (b): Cincin belah 100 mm (c): Kokot Buldog 62 mm (d): Dowel 14 mm (e): Baut 14 mm (f): Punched plate 10 4 mm 2 (g): Paku 4,4 mm Gambar 5. Kurva beban-sesaran alat sambung (Racher, 1995) 1. Lem Bila dibandingkan dengan alat sambung yang lain, lem termasuk alat sambung yang bersifat getas seperti dapat dilihat pada Gambar 5 (kurva a). Keruntuhan sambungan dengan alat sambung lem terjadi tanpa adanya peristiwa pelelehan. Alat
BAB 2 Pengenalan Alat Sambung Kayu 19 sambung lem umumnya digunakan pada struktur balok susun, atau produk kayu laminasi (glue-laminated timber). 2. Alat sambung mekanik (Mechanical connector) Berdasarkan interaksi gaya-gaya yang terjadi pada sambungan, alat sambung mekanik dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok. Kelompok pertama adalah kelompok alat sambung yang kekuatan sambunganan berasal dari interaksi antara kuat lentur alat sambung dengan kuat desak atau kuat geser kayu. Kelompok yang kedua adalah kelompok alat sambung yang kekuatan sambungannya ditentukan oleh luas bidang dukung kayu yang disambungnya. Alat sambung paku, baut dan pasak kayu termasuk pada kelompok alat sambung jenis pertama, sedangkan pasak kayu Koubler, cincin belah (split ring), pelat geser, spikes grid, single atau double sided toothed plate, dan toothed ring termasuk pada kelompok alat sambung jenis yang kedua. Pada kelompok alat sambung jenis kedua, umumnya baut masih tetap dipergunakan dengan maksud agar sambungan dapat rapat sehingga alat sambung seperti cincin belah, pasak kayu Koubler, dan lain-lain dapat berfungsi dengan baik. a. Paku Alat sambung paku sering dijumpai pada struktur dinding, lantai, dan rangka. Paku tersedia dalam bentuk dan ukuran yang bermacam-macam seperti pada Gambar 6(a). Paku bulat merupakan jenis paku yang mudah diperoleh meskipun kuat dukungnya relatif lebih rendah bila dibandingkan dengan paku ulir (deform nail). Umumnya diameter paku berkisar antara
20 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu 2,75 mm sampai 8 mm dan panjangnya antara 40 mm sampai dengan 200 mm. Angka kelangsingan paku (nilai banding antara panjang terhadap diameter) sangat tinggi menyebabkan mudahnya paku untuk membengkok saat dipukul. (a) (b) Gambar 6. Jenis-jenis paku dan pemasangan paku dengan mesin penekan (Hoyle, 1978) Agar terhindar dari pecahnya kayu, pemasangan paku dapat didahului oleh lubang penuntun yang berdiameter 0,9D untuk kayu dengan berat jenis di atas 0,6 dan yang berdiameter 0,75D untuk kayu dengan berat jenis di bawah atau sama dengan 0,6 (D adalah diameter paku). Pemasangan paku dapat dilakukan secara cepat dengan menggunakan mesin penekan (nail fastening equipment) seperti pada Gambar 6(b). b. Baut Alat sambung baut umumnya terbuat dari baja lunak (mild steel) dengan kepala berbentuk hexagonal, square, dome, atau flat seperti pada Gambar 7. Diameter baut berkisar antara 1/4 sampai dengan 1,25. Untuk kemudahan
BAB 2 Pengenalan Alat Sambung Kayu 21 pemasangan, lubang baut diberi kelonggaran 1 mm. Alat sambung baut biasanya digunakan pada sambungan dua irisan dengan tebal minimum kayu samping adalah 30 mm dan kayu tengah adalah 40 mm dan dilengkapi cincin penutup. Hexagonal Square Dome Flat Gambar 7. Bentuk-bentuk alat sambung baut (ASCE, 1997) c. Timber Connectors Walaupun nama alat sambung ini adalah timber connectors, hampir semua alat sambung terbuat dari besi (metal). Jenis alat sambung Timber connectors yang terbuat dari kayu hanyalah pasak kayu Koubler. Alat sambung timber connectors berkembang di Eropa pada tahun 1916 sampai 1922. Beberapa jenis alat sambung yang tergolong Timber connectors adalah: Pasak kayu Koubler Pasak kayu Koubler berasal dari Jerman. Pasak Koubler merupakan pasak yang terbuat dari kayu yang sangat keras, berbentuk silinder dengan diameter bagian tengah lebih besar (lihat Gambar 8). Diameter pasak kayu Koubler relatif besar sekitar 10 cm dan tebalnya sekitar 5 cm.
22 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Cincin belah (Split ring) Alat sambung cincin belah terbuat dari besi dengan diameter 2,5 dan 4 inchi. Disebut cincin belah karena cincin besi ini tidak utuh sehingga menyebabkan mudahnya cincin belah untuk mengikuti kembang atau susut kayu yang disambungnya. Alat sambung cincin belah dapat dilihat pada Gambar 8. Pasak kayu Koubler Cincin belah Gambar 8. Alat sambung pasak kayu Koubler dan cincin belah (Hoyle, 1978) Pelat geser (Shear plate) Pelat geser terbuat dari pressed steel dengan bentuk lingkaran. Tidak seperti cincin belah, pelat geser ditempatkan pada masing-masing kayu yang disambung sehingga pemindahan gaya dilakukan sepenuhnya oleh baut pengaku.
BAB 2 Pengenalan Alat Sambung Kayu 23 Gambar 9. Alat sambung pelat geser (Design Wood Structures, 2003) Spike grids Alat sambung ini sudah tidak diproduksi lagi pada saat ini. Spike grids terdiri dari tiga bentuk yaitu flat, single curve, dan circular. Flat Single curve Circular Gambar 10. Alat sambung Spike grids (Hoyle, 1978)
24 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Toothed ring Alat sambung ini terbuat dari lembaran besi yang dibentuk melingkar seperti cincin dengan permukaan di kedua sisinya tajam atau runcing. Gambar 11. Alat sambung Toothed ring (Hoyle, 1978) Single atau double sided toothed plate Alat sambung ini umumnya berbentuk lingkaran dan segi empat dengan lubang ditengah (berguna untuk penempatan baut pengaku). Pada kelilingnya terdapat gigi berbentuk segi tiga. Diameter alat sambung ini sekitar 38 mm sampai dengan 165 mm. Alat sambung ini sangat mudah digunakan untuk kayu lunak, sedangkan untuk kayu keras harus dibantu dengan palu/hammer. Contoh dari alat sambung ini adalah kokot Buldog, dan Geka.
BAB 2 Pengenalan Alat Sambung Kayu 25 Gambar 12. Alat sambung kokot Buldog (Hoyle, 1978) 3. Metal plate connectors Alat sambung ini berkembang pada tahun 1960an sampai saat ini. Secara umum metal plate connectors terbuat dari pelat galvanise dengan ketebalan antara 0,9 mm sampai 2,5 mm. Beberapa alat sambung yang termasuk metal plate connectors adalah punched plate, nail plate, dan joist hanger seperti pada Gambar 13 dan 14. Gambar 13. Alat sambung metal plate connectors (Wood Design Structures, 2003)
26 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Gambar 14. Alat sambung Joist hangers (Hoyle, 1978) IV. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada sambungan 1. Eksentrisitas Pada sambungan dengan beberapa alat sambung, maka titik berat kelompok alat sambung harus terletak pada garis kerja gaya, apabila tidak maka akan timbul gaya momen (secondary moment) yang dapat menurunkan kekuatan sambungan. 2. Sesaran/slip Sesaran yang terjadi pada sambungan kayu terbagi menjadi dua. Sesaran yang pertama adalah sesaran awal yang terjadi akibat adanya lubang kelonggaran yang dipergunakan untuk mempermudah penempatan alat sambung. Selama sesaran awal, alat sambung belum memberikan perlawanan terhadap gaya sambungan yang bekerja. Pada sambungan dengan beberapa alat sambung, kehadiran sesaran awal yang tidak sama diantara alat sambung dapat menurunkan kekuatan
BAB 2 Pengenalan Alat Sambung Kayu 27 sambungan secara keseluruhan. Setelah sesaran awal terlampaui, maka sesaran berikutnya akan disertai oleh gaya perlawanan (tahanan lateral) dari alat sambung. Kurva tahanan lateral versus sesaran ini, sering diidealisasikan dengan bentuk elastik-plastik (elasto-plastic). Pada umumya, perilaku sesaran elasto-plastic sesungguhnya akan sangat dipengaruhi oleh perilaku rangkak/creep material kayu. Pengaruh creep dapat dicontohkan dengan terjadinya recovery (pengembalian pada kondisi awal) yang tidak seketika manakala proses pembebanan dihilangkan pada fase elastik. 3. Mata kayu Keberadaan mata kayu menurunkan kuat tarik dan kuat tekan sejajar serat. Adanya mata kayu dapat dianggap sebagai pengurangan luas tampang batang kayu. pada Gambar 15(a), penurunan kekuatan tarik kayu disebabkan oleh perlemahan mata kayu dan pengurangan luas kayu akibat dua alat sambung. Sedangkan pada Gambar 15(b), salah satu alat sambung diletakkan segaris dengan mata kayu sehingga penurunan kekuatan disebabkan oleh perlemahan mata kayu dan pengurangan luas kayu oleh satu alat sambung. Dengan demikian, penempatan alat sambung seperti Gambar 15(b) menyebabkan pengurangan luas tampang kayu yang lebih sedikit dari pada Gambar 15(a).
28 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu (a) (b) Gambar 15. Pengurangan luas tampang akibat mata kayu dan alat sambung (Hoyle, 1978)