KAJIAN KOEFISIEN PASAK DAN TEGANGAN IZIN PADA PASAK CINCIN BERDASARKAN REVISI PKKI NI-5 2002 DENGAN CARA EXPERIMENTAL TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil EMON RIVAI PARSAORAN SINAGA 060424016 DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSION UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis penjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunianya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Penulisan tugas akhir ini adalah suatu syarat yang harus dipenuhi untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Sipil pada Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Penulis berharap tugas akhir dengan judul Kajian Koefisien Pasak dan Tegangan Ijin pada Pasak Cincin Berdasarkan Revisi PKKI NI-5 2002 Dengan Cara Experimental ini dapat membantu mahasiswa dan pembaca yang ingin melakukan penelitian mengenai kekakuan sambungan pada konstruksi baja. Dengan segala kerendahan hati penulis mohon maaf jika dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat kekurangan dalam penulisan maupun perhitungan. Penulis sangat mengharapkan keringanan para pembaca untuk memberikan kritik dan saran yang dapat membangun dan mnyempurnakan tugas akhir ini. Dalam penulisan tugas akhir ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT. selaku Dosen Pembimbing dalam menyusun Tugas Akhir ini; 2. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT. yang juga ikut membimbing saya dalam menyusun 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 Sekaretaris Departemen Teknik Sipil ; 6. Bapak/Ibu Pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara 7. Orang tua beserta keluarga besar yang selalu memberikan dukungan moril dan materil. 8. 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 khususnya. Medan, Januari 2010 Penulis. Emon Rivai Parsaoran Sinaga 060 424 016
ABSTRAK Dengan perkembangan teknologi kayu (Timber Engineering) yang semakin pesat telah menghasilkan berbagai kelebihan dan keistimewaan kayu sesuai dengan keperluannya, seperti untuk kolom, balok, lantai, atap, dinding, dan sebagainya. Pada prinsipnya suatu pasak adalah suatu benda yang dimasukkan sebagian, pada bidang sambungan, dalam tiap bagian-bagian kayu yang disambung, untuk memindahkan beban dari bagian yang satu kepada yang lain Hasil Pengujian physical dan mechanical properties kayu diperoleh : pemeriksaan kadar air = 5,3314 %, Massa jenis =0,7768 gr/cm 3, kuat tekan sejajar serat = 35,953 Mpa dan elastisitas lentur = 13372,328 Mpa. Dilihat dari elastisitasnya maka kayu yang diuji digolongkan dengan kode mutu E14, dan ditinjau dari kuat tekan sejajar serat maka kayu yang diuji digolongkan dengan kode E18. Dari hasil percobaan ini diperoleh koefisien sambungan (φ) sebesar 0,1200. Sehingga untuk perhitungan kekuatan izin sambungan (Zu) dan tahanan lateral terkoreksi ( Z ) yang menggunakan sambungan pasak cincin baja, dengan menggunakan Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia ( PKKI Ni-5 2002 ), dimana di dalam percobaan ini hasil yang didapatkan adalah : Z = φ*z *C M *C t *C ; dan kekuatan izin sambungan atau tahanan perlu sambungan Z u λ * Ø z * Z * n f.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR GRAFIK... xii DAFTAR NOTASI... xiii BAB I. PENDAHULUAN 1. Umum... 1 2. Latar Belakang... 2 3. Tujuan Penelitian... 2 4. Perumusan masalah... 3 5. Pembatasan Masalah... 3 6. Metodologi Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 1. Umum... 6 2. Sifat Fisis dan Mekanis... 7
1. Berat Jenis Kayu... 7 2. Kadar air (kadar lengas kayu )... 8 3. Kekuatan kayu... 9 1. Keteguhan tarik... 13 2. Keteguhan tekan... 14 3. Keteguhan geser... 15 4. Keteguhan lengkung... 16 3. Alat sambung pasak... 16 1. Jenis jenis sambungan pasak... 19 4. Tata cara perencanaan konstruksi kayu indonesia berdasarkan revisi PKKI NI-5... 21 1. Persyaratan persyaratan... 21 2 Kuat acuan dan faktor koreksi yang berlaku... 22 1. Kuat acuan... 22 2. Faktor faktor koreksi... 27 1. Faktor-faktor koreksi untuk masa layan... 27 2. Faktor koreksi untuk konfigurasi komponen struktur... 28 3. Faktor koreksi tambahan... 32 3. Sambungan mekanis... 35 1. Perencanaan sambungan... 35 2. Penempatan alat pengencang... 36 3. Sambungan Paku, pasak, dan sekrup... 38 4. Sambungan Baut, Skrup Kunci, Pen Dan Pasak... 44
1. Ukuran dan sifat alat pengencang... 44 2. Tahanan lateral... 46 BAB III MATERIAL DAN METODE PENELITIAN 1. Persiapan dan Pemeriksaan Material... 50 1. Pengujian Kadar Air... 50 2. Pengujian Berat Jenis... 51 3. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat... 53 4. Pengujian Elastisitas... 54 2. Pengujian Kuat Tekan Sambungan dengan Menggunakan Dial Deformasi Sambungan... 56 BAB IV ANALISA HASIL PENGUJIAN BENDA UJI 1. Pengujian Mechanical Properties... 58 1. Pengujian Kadar Air... 58 2. Pengujian Berat Jenis... 59 3. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat... 60 4. Pengujian Elastisitas Kayu... 61 2. Kesimpulan Hasil Pengujian PHYSCAL dan MECHANICAL Properties Kayu... 71 3. Pengujian Kuat Tekan Sambungan Pasak Dengan Menggunakan Dial Deformasi... 72 4. Perhitungan Sambungan Pasak... 79
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan... 84 2. Saran... 85 DAFTAR PUSTAKA... xv LAMPIRAN Lampiran I (Data Hasil Penelitian ) Lampiran II ( Foto Dokumentasi )
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Daftar beban yang diperkenankan pada pasak cincin... 18 Tabel 2.2 Nilai kuat acuan (MPa) berdasarkan atas pemilahan secara mekanis pada kadar air 15%... 23 Tabel 2.3 Estimasi kuat acuan berdasarkan atas berat jenis pada kadar air 15% untuk kayu berserat lurus tanpa cacat kayu... 25 Tabel 2.4 Nilai rasio tahanan... 25 Tabel 2.5 Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu... 26 Tabel 2.6 Faktor Koreksi Layan Basah, C M... 27 Tabel 2.7 Faktor Koreksi Temperatur, C t... 28 Tabel 2.8 Keberlakuan faktor koreksi (FK) untuk sambungan... 36 Tabel 2.9 Tahanan lateral acuan paku dan pasak (Z) untuk satu alat pengencang dengan satu irisan yang menyambung dua komponen... 41 Tabel 2.10 Tahanan lateral acuan sekrup (Z) untuk satu sekrup dengan satu irisan yang menyambung dua komponen... 42 Tabel 2.11 Jarak tepi, jarak ujung, dan persyaratan spasi untuk sambungan dengan baut,sekrup kunci, pen, dan pasak... 45 Tabel 2.12 Tahanan lateral acuan untuk baut atau pasak (Z) untuk satu alat pengencang dengan satu irisan yang menyambung dua komponen... 47 Tabel 2.13 Tahanan lateral acuan untuk baut atau pasak (Z) untuk satu alat pengencang dengan dua irisan yang menyambung tiga komponen... 48
Tabel 2.14 Tahanan lateral acuan untuk sekrup kunci (Z) untuk satu alat pengencang dengan satu irisan yang menyambung dua komponen... 49 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kadar Air... 58 Tabel 4. 2 Hasil Pengujian Berat Jenis... 59 Tabel 4. 3 Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat... 60 Tabel 4. 4a Hasil Pengujian Elastisitas... 62 Tabel 4. 4b Perhitungan Tegangan - Regangan Kayu Sampel I... 63 Tabel 4. 4c Perhitungan Tegangan - Regangan Kayu Sampel II... 64 Tabel 4. 4d Perhitungan Tegangan - Regangan Kayu Sampel III... 66 Tabel 4. 4e Perhitungan Tegangan - Regangan Kayu Sampel IV... 67 Tabel 4. 4f Perhitungan Tegangan - Regangan Kayu Sampel V... 69 Tabel 4. 4g Perhitungan Elastisitas lentur kayu dari grafik regresi linier... 70 Tabel 4. 5 Nilai Pengujian dari Mechanical Properties... 71 Tabel 4.6a Hasil Pengujian Kuat Tekan Dengan Dial Deformasi Sambungan pada sampel I... 72 Tabel 4.6b Hasil Pengujian Kuat Tekan Dengan Dial Deformasi Sambungan pada sampel II... 73 Tabel 4.6c Hasil Pengujian Kuat Tekan Dengan Dial Deformasi Sambungan pada sampel III... 74 Tabel 4.7 Perhitungan beban dari grafik linier... 78
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Model Sambungan kayu dengan menggunakan pasak cincin... 5 Gambar 2.1 Hubungan antara Beban Tekan Dengan Deformasi untuk tarikan dan Tekanan... 10 Gambar 2.2 Batang kayu menerima gaya tarik sejajar serat... 14 Gambar 2.3 Batang Kayu Menerima Gaya Tekan sejajar serat... 14 Gambar 2.4 Kayu Yang Menerima Gaya Tekan Tegak lurus Serat... 15 Gambar 2.5 Batang Kayu Yang Menerima Gaya Geser Tegak Lurus Arah Serat τ// (kg/cm 2 )... 15 Gambar 2.6 Batang Kayu Yang Menerima Beban Lengkung... 16 Gambar 2.7 Pasak segi empat dimasukkan kedalam Takikan... 17 Gambar 2.8 Pasak Cincin dimasukkan kedalam bagian Kayu... 17 Gambar 2.9 Split Ring Connector... 19 Gambar 2.10 Toothed Ring Connector... 19 Gambar 2.11 Bulldog Connector... 19 Gambar 2.12 Claw-Plate Connector... 20 Gambar 2.13 Spike- Grid Connector... 20 Gambar 2.14 Shear-Plate Connector 2... 21 Gambar 2.15 Geometri sambungan baut... 37 Gambar 2.16 Sambungan paku dua irisan dengan penetrasi sebahagian... 43 Gambar 3.1 Sampel Penelitian Kadar Air... 50 Gambar 3.2 Sampel Penelitian Berat Jenis... 52
Gambar 3.3 Sampel Penelitian Kuat Tekan... 53 Gambar 3.4a Sampel Penelitian Elastisitas... 54 Gambar 3.4b Penempatan Dial dan Beban pada Benda Uji... 55 Gambar 3.5a Penampang Pasak cincin... 57 Gambar 3.5b Sambungan kayu dengan 4 buah pasak cincin (Sampel I, II, III). 57 Gambar 4.1 Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat... 61 Gambar 4.2 Pengujian sambungan dengan Machine Compressor... 74
DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1a Tegangan Regangan dari pengujian elastisitas pada sampel I... 63 Grafik 4.1b regresi linier tegangan regangan pada sampel I... 64 Grafik 4.1c Tegangan Regangan dari pengujian elastisitas pada sampel II... 65 Grafik 4.1d regresi linier tegangan regangan pada sampel II... 65 Grafik 4.1e Tegangan Regangan dari pengujian elastisitas pada sampel III... 66 Grafik 4.1f regresi linier tegangan regangan pada sampel III... 67 Grafik 4.1g Tegangan Regangan dari pengujian elastisitas pada sampel IV... 68 Grafik 4.1h regresi linier tegangan regangan pada sampel IV... 68 Grafik 4.1i Tegangan Regangan dari pengujian elastisitas pada sampel V... 69 Grafik 4.1j regresi linier tegangan regangan pada sampel IV... 70 Grafik 4.2a Hubungan. Pembebanan dan Defleksi pada Sampel I... 75 Grafik 4.2b regresi linier beban defleksi pada sampel I... 75 Grafik 4.2c Hubungan Pembebanan dan Defleksi pada Sampel II... 76 Grafik 4.2d regresi linier beban defleksi pada sampel II... 76 Grafik 4.2e hubungan Pembebanan dan defleksi pada sampel III... 77 Grafik 4.2f regresi linier beban defleksi pada sampel III... 77
DAFTAR NOTASI Gx Gk ε E w F b F c F c F t F t F v Berat benda uji mula-mula (gr) Berat benda uji setelah di oven (gr) Regangan adalah modulus elastisitas lentur, MPa adalah kuat lentur, MPa adalah kuat tekan sejajar serat, MPa adalah kuat tekan tegak lurus serat, MPa adalah kuat tarik sejajar serat, MPa adalah kuat tarik tegak lurus serat, MPa adalah kuat geser, MPa G adalah berat jenis kayu m adalah kadar air, % ρ adalah kerapatan kayu dalam kondisi basah, kg/m FeII, Fe adalah kuat tumpu pasak sejajar dan tegak lurus serat kayu nf adalah jumlah alat pengencang Z adalah tahanan terkoreksi sambungan Zu adalah gaya perlu pada sambungan α adalah sudut antar sumbu penyambung terhadap arah serat (derajat) θ φ z = 0,65 E 05 λ φ c // C eg adalah sudut antara garis kerja gaya dan arah serat kayu adalah faktor tahanan sambungan adalah nilai modulus elastis lentur terkoreksi pada persentil ke lima, MPa adalah faktor waktu adalah faktor tahanan tekan sejajar serat adalah faktor penetrasi, untuk memperhitungkan reduksi penetrasi alat pengencang sesuai dengan Butir 10 (Revisi PKKI Ni 2002)
C g CM C rt C t C st C 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 adalah faktor tahan api, untuk memperhitungkan pengaruh perlakuan tahan api terhadap produk-produk kayu dan sambungan. Nilai faktor koreksi ditetapkan berdasarkan spesifikasi pemasok, ketentuan, atau standar yang berlaku adalah faktor temperatur, untuk memperhitungkan temperatur layan lebih tinggi daripada 38 C secara berkelanjutan adalah faktor pelat baja sisi, untuk sambungan geser dengan pelat baja sisi berukuran 100 mm sesuai dengan Butir 10 (Revisi PKKI Ni 2002) adalah faktor geometri, untuk memperhitungkan geometri sambungan yang tidak lazim sesuai dengan Butir 10 (Revisi PKKI Ni 2002) Tebal komponen struktur utama Kuat tumpu komponen struktur utama Kuat tumpu komponen struktur sekunder Tebal komponen struktur sekunder D Tegangan leleh baja Diameter Pasak