BAB III BAHAN DAN METODE 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian kekuatan sambungan menurut kekuatan lentur paku serta pembenaman paku ke dalam balok terhadap empat jenis kayu dilakukan selama kurang lebih tiga bulan yaitu dari bulan Mei hingga Juli 2009. Pembagian waktu didasarkan pada dua kelompok kegiatan yaitu penyiapan bahan baku dan pembuatan contoh uji untuk pembenaman paku kedalam balok yang dikerjakan kurang lebih dua bulan sedangkan pengujian dilakukan selama kurang lebih satu bulan. Penyiapan bahan baku dan contoh uji dilakukan di workshop penggergajian kayu laboratorium Peningkatan Mutu Hasil Hutan. Sedangkan pengujian contoh uji dilakukan di laboratorium Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. 3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat Alat-alat penelitian yang digunakan dalam penyiapan dan pembuatan contoh uji adalah table circular saw untuk memotong kayu menjadi balok-balok, penggaris untuk mengukur panjang bahan dan contoh uji. Alat yang digunakan untuk mengukur kadar air, kerapatan dan berat jenis kayu adalah kaliper untuk mengukur dimensi contoh uji, timbangan elektrik untuk mengukur berat contoh uji dan oven yang digunakan untuk mengeringkan contoh uji hingga kering oven. Pengujian kekuatan lentur paku dan pembenaman paku kedalam balok dilakukan dengan menggunakan alat Universal Testing Machine merk Instron series IX version 8.27.00. 3.2.2 Bahan Kayu yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas empat jenis kayu perdagangan Indonesia yang memiliki perbedaan kerapatan dan berat jenis. Jenis kayu yang digunakan adalah Meranti Merah, Mabang, Kempas dan Bangkirai.
Bagian kayu yang digunakan adalah semua bagian kayu, tidak membedakan antara kayu gubal dan kayu teras. Sebelum kayu di gunakan untuk dibuat contoh uji, terlebih dahulu kayu dikeringkan untuk mendapatkan kadar air kering udara. Alat sambung yang digunakan berupa paku yang terdiri atas tiga ukuran yaitu diameter 4,1 mm dengan panjang 10 cm; diameter 5,2 mm dengan panjang 12 cm; dan diameter 5,5 mm dengan panjang 15 cm. Gambar 5 Paku uji kekuatan lentur. 3.3 Metode Penelitian Pengujian sifat fisis kayu yang diteliti meliputi kerapatan, berat jenis, kadar air, sedangkan untuk pengujian sifat mekanik meliputi kekuatan lentur paku dan pembenaman paku kedalam balok (embedding strength). Pengujian ini menggunakan Universal Testing Machine merk Instron series IX version 8.27.00. Pelaksanaan penelitian ini terdiri dari pembuatan dan pengujian contoh uji. 3.3.1 Pembuatan Contoh Uji Pembuatan contoh uji yang dilakukan antara lain, penyiapan bahan dan pembuatan plat modifikasi (alat bantu untuk pengujian pembenaman paku kedalam balok). Pembuatan contoh uji adalah langkah awal yang dilakukan untuk memulai pengujian. Sebelumnya, bahan berupa balok kayu gergajian terlebih dahulu dikeringkan selama satu tahun untuk mendapatkan kadar air kering udara. Contoh uji kadar air, kerapatan dan berat jenis dibuat dari kayu yang sama dengan ukuran 5 cm x 5 cm x 5 cm. Pengujian kadar air, kerapatan dan berat jenis merupakan pengujian sifat fisis yang bertujuan untuk mengetahui kadar air, kerapatan dan berat jenis dari kayu yang digunakan karena sifat fisis tersebut
sangat berpengaruh terhadap sifat mekanis kayu dan tidak dapat dipisahkan antara keduanya. Gambar 6 Contoh uji sifat fisis kayu (ukuran 5 cm x 5 cm x 5 cm). Pembuatan plat sebagai alat bantu dalam pengujian pembenaman paku kedalam balok sangatlah bermanfaat. Plat terbuat dari steel yang berukuran 1 cm x 14 cm x 5 cm berjumlah 2 buah yang berfungsi untuk memegang paku pada kiri kanan sample yang akan diuji. Plat ini diberi lobang seukuran diameter paku yaitu 4.1 mm, 5.2 mm dan 5.5 mm pada jarak 7.5 cm dari bagian bawah plat, kemudian antar titik tengah lobang yang satu dengan lobang yang lain berjarak 2 cm. Plat yang berfungsi untuk membenamkan paku kedalam balok uji terbuat dari steel yang berukuran 1.5 cm x 8.5 cm x 6 cm berjumlah 1 buah. Gambar 7 Plat steel untuk uji pembenaman paku kedalam balok..contoh uji pembenaman paku kedalam balok, balok dibuat dari kayu yang sama dengan ukuran 5.5 cm x 5 cm x 20 cm. Pengujian pembenaman paku kedalam balok ini merupakan pengujian sifat mekanis yang bertujuan untuk
mengetahui nilai F em (kekuatan alat sambung yang masuk kedalam main member), dimana alat sambung yang dimaksud adalah paku dan main member yang dimaksud adalah balok kayu. Nilai F em ini yang nantinya menjadi salah satu faktor penentu nilai Z yang akan dihitung. Gambar 8 Contoh uji pembenaman paku kedalam balok (ukuran 5.5 cm x 5 cm x 20 cm). 3.3.2 Pengujian Sifat Fisis 3.3.2.1 Kadar Air Pengujian kadar air pada contoh uji dimaksudkan untuk mengetahui berapa besar persentase kadar air yang masih terkandung di dalam kayu atau mengetahui contoh uji sudah kering atau belum. Contoh uji ditimbang beratnya untuk mengetahui berat awal (kering udara) sebelum dimasukan kedalam oven. Selanjutnya contoh uji dimasukan kedalam oven dengan suhu (103±2) C hingga mendapatkan berat konstan (kering oven). Setelah contoh uji dikeringkan dalam oven, kemudian contoh uji ditimbang kembali untuk mengetahui berat akhir (berat kering oven). Perhitungan kadar air dilakukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut: Keterangan : KA KU = kadar air kering udara (%) B KU = berat kering udara (g) = berat kering oven (g) B KO
3.3.2.2 Kerapatan dan Berat Jenis kayu Kerapatan adalah perbandingan antara berat contoh uji saat kering udara terhadap besarnya volume contoh uji tersebut. Pengujian kerapatan kayu dilakukan dengan cara menimbang contoh uji untuk mengetahui berat awal (kondisi kering udara), kemudian volume contoh uji diukur dengan mengalikan panjang, lebar dan tebalnya dengan menggunakan caliper. Nilai kerapatan contoh uji dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut: Perhitungan berat jenis banyak disederhanakan karena 1 cm 3 air beratnya tepat 1 gram. Jadi berat jenis dapat dihitung secara langsung dengan membagi berat dalam gram dengan volume dalam centimeter kubik. Dengan angka, maka kerapatan dan berat jenis adalah sama. Namun berat jenis tidak mempunyai satuan karena berat jenis adalah nilai relative. Nilai berat jenis dapat diperoleh dengan rumus berikut: 3.3.3 Pengujian Sifat Mekanis 3.3.3.1 Pengujian kekuatan lentur paku Pengujian kekuatan lentur paku adalah pengujian sifat mekanis. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine merk Instron series IX version 8.27.00. Pengujian sifat mekanis kekuatan lentur paku tersebut dilakukan dengan memberikan beban pada arah tegak lurus melintang paku, dengan pemberian beban perlahan sampai contoh uji mengalami kerusakan. Beban tersebut merupakan beban maksimum yang dapat diterima oleh contoh uji.
Gambar 9 Pengujian Kekuatan Lentur Paku. Pengujian kekuatan lentur paku menghasilkan nilai Modulus of Elasticity (MOE) dan Modulus of Rupture (MOR) dengan rincian sebagai berikut : a. Modulus of Elasticity (MOE) Rumus defleksi (lendutan) pada beban terpusat (center loading): Rumus momen inersia titik berat untuk penampang lingkaran (I) maka defleksi bahan dengan penampang lingkaran dan diberi beban terpusat : sehingga Modulus of Elasticity (MOE) dapat dirumuskan : b. Modulus of Rupture (MOR) 3.3.3.2 Pengujian pembenaman paku kedalam balok kayu Pengujian pembenaman paku kedalam balok adalah pengujian sifat mekanis. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine merk Instron series IX version 8.27.00. Pengujian sifat mekanis pembenaman paku kedalam balok tersebut dilakukan dengan memberikan beban
pada arah melintang paku, dengan pemberian beban perlahan sampai paku terbenam dalam kayu. Beban tersebut merupakan beban maksimum yang dapat diterima oleh kayu. Gambar 10 Pengujian pembenaman paku kedalam balok. 3.4 Analisis Data Pengolahan data menggunakan program Microsoft Office Excel. Pengujian ini dimaksudkan untuk melihat perbedaan nilai desain acuan sambungan double shear balok kayu pelat baja empat jenis kayu pada beberapa diameter paku menurut berbagai analisis pendekatan. Hasil pengujian ini nantinya akan dibandingkan dengan penelitian Sriyanto dan Sadiyo (2009), Manshur dan Sadiyo (2009) dan Literatur. Hasil pengujian dalam penelitian ini dilakukan melalui pendekatan sambungan double shear paku tunggal selanjutnya dinamakan sebagai pendekatan A, untuk penelitian Sriyanto dan Sadiyo (2009) dan Manshur dan Sadiyo (2009) yang dilakukan melalui sambungan double shear paku majemuk selanjutnya dinamakan sebagai pendekatan B, untuk literatur selanjutnya dinamakan sebagai pendekatan C dan untuk hasil beban total paku pada penelitian Sriyanto dan Sadiyo (2009) dan Manshur dan Sadiyo (2009) selanjutnya dinamakan sebagai pendekatan D. Nilai pendekatan A dalam penelitian ini diolah untuk mendapatkan nilai Z (Yield Mode, kg). Nilai D (diameter paku) adalah 0.16, 0.20 dan 0.22 inchi. Kemudian nilai F yb (kekuatan lentur alat sambung, psi.) diperoleh dari hasil pengujian kekuatan lentur paku. Nilai F yb ini didapat dari nilai MOR (Modulus of Rupture) uji kekuatan lentur paku. Selanjutnya lm (panjang paku yang masuk kedalam balok kayu) adalah 2.17 inchi diperoleh dari ukuran lebar kayu yang digunakan. Nilai ls (panjang paku yang masuk kedalam pelat baja) adalah 0.59
inchi didapatkan dari ukuran lebar plat yang digunakan pada pengujian pembenaman paku kedalam balok. Nilai F em (kekuatan paku yang masuk kedalam balok kayu, psi.) diperoleh dari beban maksimum paku (kg) dibagi dengan luasan daerah kayu yang terbenam oleh paku (cm 2 ) pada pengujian pembenaman paku kedalam balok yang selanjutnya dikonversi kedalam psi. Nilai F es (kekuatan paku yang masuk kedalam pelat baja) adalah 61850 psi. Nilai Rd merupakan factor reduksi, nilainya dapat dilihat dalam table 4. Kemudian nilai Re diperoleh dari hasil pembagian F em denga F es. Semua aspek ini dimasukkan kedalam rumus masing-masing Yield Mode, untuk mendapatkan nilai Z (lb.) yang kemudian dikonversi kedalam (kg). Nilai pendekatan B dalam penelitian ini diolah juga untuk mendapatkan nilai Z (Yield Mode, kg). Nilai D (diameter paku) adalah 0.16, 0.20 dan 0.22 inchi. Kemudian nilai F yb (kekuatan lentur alat sambung, psi.) diperoleh dari F yb from formula pada tabel 3 yang telah dikonversi ke psi. Selanjutnya lm (panjang paku yang masuk kedalam balok kayu) adalah 2.17 inchi diperoleh dari ukuran lebar kayu yang digunakan. Nilai ls (panjang paku yang masuk kedalam pelat baja) adalah 0.59 inchi diperoleh dari ukuran lebar plat yang digunakan pada pengujian. Nilai F em (kekuatan paku yang masuk kedalam balok kayu, psi.) nilainya bisa dilihat pada table 5, nilai ini didasarkan pada berat jenis kayu yang digunakan pada penelitian Sriyanto dan Sadiyo (2009) dan Manshur dan Sadiyo (2009). Nilai F es (kekuatan paku yang masuk kedalam pelat baja) adalah 61850 psi. Nilai Rd merupakan factor reduksi, nilainya dapat dilihat dalam table 4. Kemudian nilai Re diperoleh dari hasil pembagian F em denga F es. Semua aspek ini dimasukkan kedalam rumus masing-masing Yield Mode, untuk mendapatkan nilai Z (lb.) yang kemudian dikonversi kedalam (kg). Nilai pendekatan C dalam penelitian ini diolah juga untuk mendapatkan nilai Z (Yield Mode, kg). Nilai D (diameter paku) adalah 0.16, 0.20 dan 0.22 inchi. Kemudian nilai F yb (kekuatan lentur alat sambung, psi.) didapatkan dari F yb from formula pada tabel 3 yang telah dikonversi ke psi. Selanjutnya lm (panjang paku yang masuk kedalam balok kayu) adalah 2.17 inchi diperoleh dari ukuran lebar kayu yang digunakan. Nilai ls (panjang paku yang masuk kedalam pelat baja) adalah 0.59 inchi diperoleh dari ukuran lebar plat yang digunakan pada pengujian. Nilai F em (kekuatan paku yang masuk kedalam balok kayu, psi.)
nilainya bisa dilihat pada table 5, nilai ini didasarkan pada berat jenis kayu yang dirujuk dari referensi. Nilai F es (kekuatan paku yang masuk kedalam pelat baja) adalah 61850 psi. Nilai Rd merupakan factor reduksi, nilainya dapat dilihat dalam table 4. Kemudian nilai Re diperoleh dari hasil pembagian F em denga F es. Semua aspek ini dimasukkan kedalam rumus masing-masing Yield Mode, untuk mendapatkan nilai Z (lb.) yang kemudian dikonversi kedalam (kg). Nilai pendekatan D berbeda dengan yang lainnya. Nilai ini diperoleh dari beban total sambungan tarik pada beberapa sesaran, yaitu sesaran 0.35 mm, 0.8 mm, 1.5 mm dan 5 mm. Nilai beban total sambungan tarik ini diperoleh dari penelitian Sriyanto dan Sadiyo (2009) dan Manshur dan Sadiyo (2009). Nilai beban total sambungan tarik pada sesaran 0.35 mm, 0.8 mm dan 1.5 mm tidak dibagi dengan factor keamanan, hanya dibagi jumlah paku saja agar mendapatkan beban untuk satu paku. Tetapi untuk beban total sambungan tarik pada sesaran 5 mm setelah dibagi jumlah paku juga dibagi dengan factor keamanan, karena diduga pada sesaran 5 mm ini paku sudah mengalami kerusakan. Nilai yang dihasilkan masih tersusun dalam masing-masing diameter dan masing-masing sesaran. Dari masing-masing diameter dan masing-masing sesaran, dipilih nilai yang paling kecil. Nilai ini dikumpulkan dalam satu diameter dan masing-masing sesaran. Nilai yang terakhir ini yang merupakan nilai Z (kg) sebagai nilai pendekatan D yang nantinya akan dibandingkan dengan nilai pendekatan A, pendekatan B dan pendekatan C. 3.5 Model Matematis Data diolah dengan menggunakan rumus Yield Limit Equation untuk double shear menurut NDS ( National Design Spesification for Wood Contruction, 2005 ). Dalam NDS, dinyatakan bahwa tipe kerusakan untuk double shear dibagi menjadi 4 model.
Tabel 2 Model Yield Limit Equation untuk Double Shear Yield Mode Im Double Shear Is IIIs IV Keterangan : Z = Yield limit equation (lb.) D = Diameter alat sambung (in.) F yb = Kekuatan lentur alat sambung (psi) (lihat table 3.) lm = Panjang alat sambung yang masuk kedalam main member (in.) ls = Panjang alat sambung yang masuk kedalam side member (in.) F em = Kekuatan alat sambung yang masuk kedalam main member (psi) F es = Kekuatan alat sambung yang masuk kedalam side member (psi) Rd = Faktor reduksi (lihat table 4.) k 3 = Re = Tabel 3 Nilai F yb berdasarkan Ukuran Diameter Paku Nail diameter (in.) F yb from formula (ksi) Truncated F yb used in NDS tables (ksi) 0.099 0.113 0.120 0.128 0.131 0.135 0.148 0.162 0.177 0.192 0.207 0.225 0.244 0.263 109 106 105 103 102 102 99 96 93 89 86 82 78 74 100 100 100 100 100 100 90 90 90 80 80 80 70 70 Sumber : Design of Wood Structures ASD/LRFD Chapter 12. Nailed and Stapled Connections.
Bisa juga dengan menggunakan rumus : Tabel 4 Faktor Reduksi, Rd Ukuran Alat Sambung Model Kerusakan Faktor Reduksi, Rd 0.25 D 1 D < 0.25 Im, Is II IIIm, IIIs, IV Im, Is, II, IIIm, IIIs, IV 4 K ѳ K ѳ K ѳ 1 K D Sumber : National Design Spesification for Wood Construction Keterangan : K ѳ = 1 + 0.25 (ѳ /90) Ѳ = sudut maksimum dari beban terhadap serat (0 o ѳ 90 o ) untuk berbagai macam alat sambung. D = diameter alat sambung (in.) K D = 2.2 untuk D 0.17 K D = 10 D + 0.5 untuk 0.17 D 0.25 Untuk F em dan F es sendiri memiliki nilai yang berbeda karena main member yang digunakan adalah balok kayu, sedangkan side membernya adalah gusset plate baja. Nilai F em sendiri dapat dilihat dalam NDS tahun 2005 berdasarkan berat jenis masing masing kayu dan untuk nilai F es dibagi menjadi dua yaitu, penggunaan alat sambung yang diberi perlakuan panas pada saat pembuatan alat sambung tersebut (hot-rolled steel side member) dengan rumus (F es = 1.5 F u ) biasanya digunakan untuk membuat baut dan penggunaan alat sambung yang diberi perlakuan dingin pada saat pembuatan alat sambung tersebut (cold-formed steel side member) dengan rumus (F es = 1.375 F u ) biasanya digunakan untuk membuat paku. Pada penelitian menggunakan paku, oleh karena itu nilai F es adalah sebesar 61850 psi. Jika nilai berat jenisnya tidak terdapat dalam table 5 maka dapat menggunakan rumus :
Tabel 5 Kekuatan Alat Sambung berdasarkan Berat Jenis Kayu yang Dimasuki oleh Alat Sambung Berat Jenis, G Fe ( D < ¼ ) 0.73 9300 0.72 9050 0.71 8850 0.70 8600 0.69 8400 0.68 8150 0.67 7950 0.66 7750 0.65 7500 0.64 7300 0.63 7100 0.62 6900 0.61 6700 0.60 6500 0.59 6300 0.58 6100 0.57 5900 0.56 5700 0.55 5550 0.54 5350 0.53 5150 0.52 5000 0.51 4800 0.50 4650 0.49 4450 0.48 4300 0.47 4150 0.46 4000 0.45 3800 0.44 3650 0.43 3500 Sumber : National Design Spesification for Wood Construction Hasil perhitungan dibulatkan mendekati 50 psi. Dari semua data yang didapat diperolehlah nilai Z.