BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan pada bulan September 2009 sampai dengan Mei 2010, bertempat di Laboratorium Pengeringan Kayu, Laboratorium Peningkatan Mutu Hasil Hutan dan Laboratorium Terpadu Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan IPB, Laboratorium Fisika dan Mekanika Pusat Penelitan dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor dan Laboratorium Metalurgi Fisik Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara Jakarta. Bahan dan Alat Bahan penelitian adalah 5 jenis kayu Indonesia: sengon (Paraserianthes falcataria), nangka (Artocarpus sp), punak (Tetramerista glabra), kapur (Dryobalanops sp), dan bangkirai (Shorea laevifolia). Jenis kayu tropis tersebut diperoleh dalam bentuk balok kayu berukuran 6 cm x 12 cm x 400 cm. Bahan lainnya adalah baut dengan ukuran diameter 6,4 mm, 7,9 mm, dan 9,4 mm dengan panjang 10 cm. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah gergaji mesin, gergaji besi, mesin serut, kaliper, timbangan elektrik, oven, mesin bor, Universal Testing Machine (UTM) merk Shimadzu kapasitas 30 ton dan UTM merk Instron kapasitas 5 ton. Metodologi Penelitian Metoda pengujian sifat fisik yang meliputi kadar air, kerapatan, berat jenis dan sifat mekanik meliputi kekuatan tekan maksimum sejajar serat kayu dan kekuatan sambungan kayu geser ganda. Pengujian kekuatan tekan maksimum sejajar serat menggunakan UTM merk Instron, sedangkan pengujian kekuatan sambungan kayu geser ganda dilakukan dengan UTM merk Shimadzu.
Persiapan Bahan Lima jenis kayu yaitu nangka, punak, kapur, kempas dan bangkirai dikeringkan dalam kiln dry terlebih dahulu kurang lebih 3 minggu untuk mencapai kondisi KA kering udara. Contoh uji kadar air, kerapatan dan berat jenis dibuat dari contoh dan dimensi yang sama dengan ukuran 5 cm x 5 cm x 5 cm didasarkan pada standar Amerika, yaitu American Society for Testing and Materials (ASTM) D143-94. Untuk contoh uji tekan maksimum sejajar serat kayu adalah 2 cm x 2 cm x 6 cm menggunakan standar Inggris (BS-373 1957). Contoh uji sambungan kayu geser ganda dibuat dari balok kayu berukuran penampang 6 cm x 12 cm dengan panjang 30 cm. Penyambungan mekanis antar dua balok dilakukan dengan menggunakan pelat sambung baja berukuran penampang 1,5 cm (tebal) x 12 cm (lebar) x 30 cm (panjang). Pada setiap pelat sambung baja dibuat lubang sebesar ukuran diameter menurut masing-masing alat sambung baut. Selanjutnya pada setiap ukuran diameter per pelat sambung dibuat 4 (empat), 6 (enam), 8 (delapan) dan 10 (sepuluh) buah lubang sambungan. Pengujian Sifat Fisis Mekanis Kayu Kadar air, kerapatan, dan berat jenis. Contoh uji ditimbang untuk mengetahui berat awal (kondisi kering udara). Volume contoh uji diukur dengan mengalikan panjang, lebar dan tebalnya dengan menggunakan alat kaliper. Contoh uji kemudian dimasukkan kedalam oven bersuhu 103 ± 2 0 C sampai beratnya konstan (biasanya diperoleh setelah 24 jam pengovenan), dan nilai berat jenis serta kadar air dihitung dengan rumus berikut: 100% (g.cm -3 ) Dimana: B KT = berat kering tanur (g) B KU = berat kering udara (g) V KU = volume kering udara (cm 3 )
Kekuatan tekan masimum sejajar serat. Pengujian tekan maksimum sejajar serat kayu atau maximum crushing strength (MCS) dilakukan dengan memberikan beban pada arah sejajar serat kayu dengan kedudukan contoh uji vertikal, dengan pemberian beban perlahan-lahan sampai contoh uji mengalami kerusakan. Beban tersebut merupakan beban maksimum yang dapat diterima oleh contoh uji. Nilai keteguhan tekan maksimum sejajar serat kayu dihitung dengan rumus: Dimana: MCS = kekuatan tekan maksimum sejajar serat kayu (kg.cm -2 ) P maks = beban maksimum sampai terjadi kerusakan (kg) A = luas penampang (cm 2 ) Kekuatan tarik masimum sejajar serat. Pengujuan kekuatan tarik sejajar serat kayu diduga dari model atau persamaan empirik yang dikembangkan oleh Tjondro (2007). // 172,5, Dimana: SG = berat jenis yang diukur pada rentang kadar air 12-15% Pengujian Baut Pengujian bolt bearing strength. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan mekanik baut terhadap kayu ataupun pelat baja. Penentuan nilai dowel bearing strength untuk komponen kayu didapat dengan rumus sebagai berikut: Dimana: F em = bolt bearing strength kayu (kg.cm -2 ) P y = beban leleh pada offset 5% dari diameter baut (kg) d = diameter baut (cm) t = tebal kayu penumpu (cm)
Gambar 6 Pengujian bolt bearing strength terhadap komponen kayu. Nilai bolt bearing strength untuk komponen logam digunakan nilai tegangan tarik (F u ) baja ASTM A36 yakni 400 MPa atau 4.082 kg.cm -2. 1,5 Dimana: F es = bolt bearing strength terhadap pelat baja (kgf/cm 2 ) F u = Kuat tarik pelat baja (kg.cm -2 ) Pengujian kuat lentur baut. Penentuan nilai kuat lentur baut dilakukan dengan pengujian tarik terhadap baut berdasarkan ASTM F606 dengan menggunakan UTM merk Shimadzu. 0.7854 0.9743 / Dimana: F u = kuat tarik baut (kg.cm -2 ) P maks = beban maksimum(kg) F y = kuat leleh baut (kg.cm -2 )
P y = beban leleh pada 0.2% dari panjang baut antara dua holder (kg) A s = stress area ulir (cm 2 ) D n = diameter baut (cm) = jumlah ulir per cm Kekuatan tarik baut (F u ) dan kekuatan leleh (F y ) baut yang diperoleh dari pengujian ini selanjutnya digunakan untuk menentukan kuat lentur baut (F yb ). Nilai kuat lentur baut dapat diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai berikut: 2 2 Dimana: F yb = Kuat lentur baut (kg.cm -2 ) Gambar 7 Pengujian kuat tarik baut. Perencanaan Desain Sambungan Sambungan yang akan direncanakan adalah sambungan geser ganda. Pengujian sambungan kayu dengan pembebanan lateral (lateral resistance), yaitu arah gaya tegak lurus terhadap alat sambung dilakukan sampai sesaran mencapai 5,0 mm.
Gambar 8 Contoh uji sambungan geser ganda. Persamaan batas nilai disain rujukan (Z) diturunkan melalui serangkaian pengujian kekuatan lentur baut (F yb ); bolt bearing strength terhadap balok kayu utama (F em ) dan pelat baja tepi (F es ) dari berbagai ukuran dan mutu. Dalam penelitian ini tumpuan sambungan yang digunakan adalah tetap (fix support), sehingga formula atau rumus umum untuk menghitung Z dari sambungan kayu geser ganda dengan alat sambung baut (Breyer et al. 2007) sebagai berikut : a. Persamaan mode I m : Z = D(l m )(F em )/4K θ b. Persamaan mode I s : Z = 2D(l s )(F es )/4K θ c. Persamaan mode III s : Z = 2k 3 D(l s )(F em )/3,2(2+R e )4K θ, d. Persamaan mode IV: Z = (2D 2 /3,2K θ ) 2(F em )(F yb )/3(1+R e ) dimana : Z = nilai desain lateral rujukan per alat sambung per bidang geser (kg)
F yb = kekuatan lentur baut (kg.cm -2 ) F em = kekuatan melekat atau mengikat (bolt bearing strength) terhadap balok kayu utama (kg.cm -2 ), F es = bolt bearing strength terhadap pelat baja tepi (kg.cm -2 ) D = diameter alat sambung baut (cm). R e = F em /F es K θ = 1 + (θ/360) θ = sudut beban maksimum terhadap arah serat (0 < θ < 90) l m = penetrasi (panjang) baut dalam balok utama (cm) l s = penetrasi (panjang) baut dalam pelat baja (cm) Pengujian Kekuatan Sambungan Kayu Geser Ganda Pengujian sambungan kayu geser ganda (arah gaya tegak lurus terhadap alat sambung) dilakukan berdasarkan ASTM D5652-95. Pengamatan nilai desain lateral baut pada sambungan kayu dilakukan pada dua tingkat sesaran yaitu sesaran 1,5 mm (PKKI NI-5), dan 5,0 mm. Untuk nilai desain lateral pada sesaran 5,0 mm dibagi dengan faktor 2,75. Gambar 9 Pengujian sambungan kayu geser ganda.
Besarnya rata-rata nilai desain lateral ditentukan dengan rumus: Dimana: B n = rata-rata nilai desain lateral per baut (kg) = beban total pada tingkat sesaran tertentu (kg) = jumlah baut (batang) Persiapan Bahan Kayu (5 Jenis) Baut (6.4 mm, 7.9 mm dan 9.5 mm) Pelat Baja F em F y F u Sifat Fisis (KA, Kr, Bj) dan Sifat Mekanis (Kekuatan tekan dan tarik // serat) Sambungan geser ganda F yb pada sesaran 1,5 mm dan 5,0 mm Gambar 10 Diagram Alir Penelitian.
Analisis Data Untuk melihat pengaruh diameter dan jumlah alat sambung baut terhadap kekuatan sambungan dari berbagai jenis kayu Indonesia yang diteliti, maka data pengamatan untuk setiap jenis alat sambung baut diolah dan dianalisis menggunakan metoda statistik rancangan acak kelompok pada percobaan faktorial. Sebagai perlakuan, yaitu faktor A (diameter baut) dan faktor B (jumlah baut) masing-masing dianalisis berdasarkan kelompok (jenis kayu). Model matematika yang digunakan untuk rancangan ini adalah: Y ijk = µ + A i + B j + K k + AB ij +ε ijk Dimana: Y ijk = Beban ijin per baut pada diameter baut (faktor A) ke-i, jumlah baut (faktor B) ke-j pada ulangan ke-k µ = Rataan umum A i B j K k AB ij E ijk = Pengaruh diameter baut ke-i = Pengaruh jumlah baut ke-j = Pengaruh kelompok (jenis kayu) ke-k = Interaksi diameter baut ke-i dan jumlah baut ke-j = Pengaruh acak dari diameter baut ke-i, jumlah baut ke-j, serta kelompok jenis kayu ke-k) Data hasil penelitian diolah dengan menggunakan program SPSS. Apabila hasilnya berbeda nyata, maka dilanjutkan dengan uji lanjut wilayah berganda Duncan, pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk melihat perbedaan pengaruh tiap faktor maupun kombinasi perlakuan. Untuk melihat respon jumlah bautnya terhadap pengamatan digunakan polinomial ortogonal. Untuk nilai desain lateral rujukan sambungan kayu Indonesia terhadap NDS 2005 diolah dengan uji nilai tengah berpasangan kemudian dianalisa secara deskriptif.