KUAT LENTUR DAN PERILAKU LANTAI KAYU DOUBLE STRESS SKIN PANEL (250M) Johannes Adhijoso Tjondro 1, Fina Hafnika 2 1 Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung E-mail: tjondro@unpar.ac.id, jatjondro@yahoo.com 2 Alumni,Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung ABSTRAK Lantai kayu pabrikasi double stress skin panel diuji lentur dengan third point static loading. Lantai kayu tersebut merupakan penampang komposit yang terdiri dari panel plywood ganda sebagai upper dan lower skin panel dengan tiga buah balok kayu sebagai stringer dan dihubungkan dengan perekat. Variasi dari ketebalan plywood untuk upper skin adalah 12 mm, 16 mm dan 18 mm, dan lower skin panel 12 mm, sedangkan variasi stringer dari kayu mahoni, puspa dan durian dengan ukuran penampang sama 50 mm x 50 mm. Dimensi benda ujia dalah lebar 500 mm dan panjang 1200 mm untuk berbagai variasi ketebalan plywood. Uji lentur dengan third point loading dilakukan untuk mengetahui kuat lentur dan kekakuan dari lantai komposit tersebut. Kuat lentur dan faktor koreksi kekakuan dianalisis dari hasil pengujian dan hasilnya dipresentasikan dalam paper ini. Keruntuhan yang terjadi bersifat daktail dan beban batasnya jauh lebih besar dari beban proporsional, hal ini berarti tersedianya faktor keamanan yang cukup. Prediksi dengan konversi berdasarkan syarat kekakuan dan saran untuk beban hidup merata diberikan. Kata kunci:double stress skin panel, stringer, kuat lentur, faktor kekakuan, daktilitas. 1. PENDAHULUAN Dalam kurun waktu sepuluh tahun terakhir banyak gempa-gempa besar di Indonesia yang menyebabkan bangunan runtuh. Saat ini dirasakan sangat perlu untuk membuat bangunan yang mempunyai ketahanan gempa yang memenuhi syarat. Salah satu prinsip utama adalah penggunaan material yang ringan sebagai pelat lantai karena akan mengurangi gaya inersia yang terjadi akibat gempa, akibat ringannya massa bangunan. Lantai kayu merupakan salah satunya karena berat dari lantai kayu sangat ringan, sekitar 1/8 dari lantai yang terbuat dari pelat beton dengan finishingnya. Contoh lantai kayu pabrikasi adalah double stress skin paneltimber floor, lantai kayu tersebu mempunyai penampang komposit yang terdiri dari plywood sebagai skin panel dan balok kayu sebagai stringer dan dapat dihubungkan dengan perekat, sekrup atau paku. Beberapa studi experimental telah dilakukan oleh Tjondro et.al (Tjondro 2011a, Tjondro 2011b dan Tjondro 2012).Lantai komposit stress skin panel dengan dimensi lebar x panjang 1220 mm x 2440 mm dengan panel tunggal plywood 12 mm dan 4 buah balok stringer berukuran penampang 34 mm x 72 mm dari kayu Afrika dihubungkan dengan perekat dapat menerima beban merata sebesar 2.0 kpa pada syarat lendutan ijin, Tjondro 2011a. Studi lainnya, Tjondro 2011b adalah tentang komposit double stress skin panel berukuran 500 mm x 2440 mm dengan panel ganda plywood 12 mm dan 6 buah stringer bambu dengan diameter 100 mm dapat menerima beban terpusat 5 kn pada syarat lendutan ijin. Penghubung antara plywood dan bambu dengan menggunakan sekrup. Tjondro 2012, melakukan pengujian pada lantai komposit plywood-renghas double stress skin panel berukuran 500 mm x 1200 mm, dengan penghubung paku. Jumlah stringer sangat berpengaruh pada kekuatan dan kekakuan lantai dibandingkan ketebalan plywood. Lantai dengan panjang bentang 1.8 m dapat menerima beban merata sebesar 2.5 kpa. Pada ketiga studi teresebut, lendutan ijin lebih menentukan dari pada kekuatannya. Pengujian kuat lentur dan kekakuan double stressed skin panel dengan perekat PvAc dilakukan dalam penelitian ini. 9 buah benda uji double stressed skin panel diuji dengan 3 variasi jenis kayu dan 3 variasi ketebalan plywood. Stringer dan plywood direkatkan menggunakan perekat PvAc. Double stressed skin panel dibuat dengan dimensi lebar x panjang 500 mm x 1200 mm. Gambar 1. Lantaikayu double stress skin panel Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 235
2. BAHAN DAN METODE Jenis kayu untuk stringer adalah mahoni, puspa dan durian dan plywood dari kayu albasia (Albiziafalcata) dan dengan variasi ketebalan plywood lower skin 12 mm dan variasi tebal plywood upper skin 12 mm, 16 mm dan 18 mm. Nilai rata-rata dari kadar air, berat jenis, modulus of rupture dan modulus elastisitas dari stringer dan plywood didapat dari pengujian benda uji bebas cacat menurut standar ASTM D143 seperti pada Tabel1. Uji geser lekatan perekat antara stringer dan plywood dilakukan juga dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel2. Tabel 1.Properti komponen lantai komponen mc (%) G MOR (MPa) E (MPa) mahoni 15,3 0,52 26,8 9909 Puspa 14,6 0,62 62,3 12590 durian 15,4 0,46 39,2 11247 plywood t=12 mm 11,0 0.34 19,4 5473 plywood t=16 mm 11,8 0,36 10,6 3729 plywood t=18 mm 11,6 0,33 11,2 3853 Plywood dengan ketebalan 16 mm dan 18 mm memiliki kuat lentur dan modulus elastisitas yang lebih rendah. Dari hasil test kuat geser, kuat geser bahan kayu lebih besar 2,5 3,5 kali dari kuat geser lekatan antara kayu dan plywood. Tabel2. Kuatgeser Jeniskayu F v (MPa) Mahoni 8,8 Puspa 7,2 Durian 4,9 plywood mahoni 2,4 plywood puspa 2,3 plywood durian 2,1 Jumlah benda ujidouble stressed skin panel9 buah dengan variasi ketebalan plywood dan jenis kayu yang digunakan untuk stringer adalah seperti Tabel 3. Berat benda uji dalam Tabel 3 tersebut adalah per 0,6 m 2. Tabel3. Variasi benda uji Benda uji dimensi L x B x t upper skin lower skin berat no. (mm 3 stringer ) (mm) (mm) (kg) M12-12 1200 x 500 x 74 12 12 10.60 M16-12 1200 x 500 x 78 16 12 mahoni 11,75 M18-12 1200 x 500 x 80 18 12 12,10 P12-12 1200 x 500 x 74 12 12 11,70 P16-12 1200 x 500 x 78 16 12 puspa 13,50 P18-12 1200 x 500 x 80 18 12 11,60 D12-12 1200 x 500 x 74 12 12 10,55 D16-12 1200 x 500 x 78 16 12 durian 12,05 D18-12 1200 x 500 x 80 18 12 11,10 Penampang benda uji adalah seperti pada gambar 2. Ketebalan plywood bagian bawah adalah 12 mm, dan karena kuat tekan lebih rendah dari kuat tarik, maka digunakan variasi tebal plywood bagian atas 12 mm, 16 mm dan 18 mm. Penampang stringer berukuran 50 mm x 50 mm dan terbuat dari variasi kayu mahoni, puspa dan durian. stringer50 x 50 mm 2 mahoni/puspa/durian plywood 12/16/18 mm plywood 12 mm Gambar 2. Variasi tebal plywood dan jenis kayu stringer penampang double stress skin panel floor Benda uji diuji dengan third point loding test seperti Gambar 3 sesuai dengan ASTM D198-05a. Lendutan dari pengukuran UTM adalah pada ⅓ bentang, dan lendutan pada tengah bentang diukur dengan menggunakan LVDT. M - 236 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Panjang total bendauji 1200 mm, bentang uji 1050 mm dengan 2 beban masing-masing berjarak ⅓ bentang uji dari perletakan. ½ P LVDT ½ P ⅓ L ⅓ L= 350 mm mm1200 mm ⅓ L Gambar 3. Skema beban dalam pengujian Besarnya lendutan di tengah bentang,, akibat dari two point loading dan dengan mengabaikan deformasi geser adalah: dengan: (EI)e = kekakuan lantai efektif (N/mm 2 ) P = beban terpusat total (N) L = panjang bentang uji(mm) (1) Gambar 4. Benda uji double stress skin panel floor saat pengujian dengan UTM Kekakuan efektif (EI) e dari lantai dengan beban statis pada saat elastis dapat dihitung dengan persamaan (2). (2) dengan (EI) e = kekakuan lantai efektif (N.mm 2 ) P = beban total (N/mm 2 ) L = bentang pengujian (mm) = lendutan di tengah bentang (mm) 3. HASIL UJI EKSPERIMENTAL Grafik tipikal antara lendutan dan beban diplot dan titik-titik pada batas proporsional yang merupakan batas daerah elastis, titik ultimit atau batas beban maksimum dan titik saat runtuh diobservasi, seperti terlihat pada Gambar 5. Beban adalah beban total dari dua buah beban terpusat pada jarak ⅓L dari masing-masing tumpuan. Grafik selengkapnya dari ke 9 benda uji dapat dilihat pada Gambar 6. Data hasil observasi ditabelkan seperti dalam Tabel 4. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 237
Gambar 5. Tipikal grafik beban vs lendutan hasil uji lantai doublestress skin panel dan titik-titik observasi 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 Gambar 6. Grafik beban vs lendutan hasil uji lantai doublestress skin panel. Tabel 4. Beban dan lendutan hasil uji P p (kn) p (mm) P u (kn) u (mm) r (mm) u r M12-12 21.09 9.08 44.96 28.52 28.52 3.14 3.14 M16-12 22.74 10.16 51.31 32.64 38.44 3.21 3.78 M18-12 20.77 9.12 44.06 29.96 44.00 3.29 4.82 P12-12 25.72 11.04 40.23 25.00 27.88 2.26 2.53 P16-12 31.54 13.64 47.92 30.24 32.04 2.22 2.35 P18-12 26.30 12.46 34.85 19.76 30.28 1.59 2.43 D12-12 19.81 9.08 39.51 25.24 30.04 2.78 3.31 D16-12 19.16 8.76 42.71 37.16 40.64 4.24 4.64 D18-12 21.47 10.76 39.44 29.08 36.16 2.70 3.36 4. ANALISIS DAN DISKUSI Dari data beban dan lendutan pada saat batas elastis/proporsional hasil percobaan dalam Tabel 4 dapat dicari besarnya (EI) e dari persamaan (2), hasilnya seperti pada Tabel 5.Secara teoritis besarnya (EI) e dapat dihitung dari masing-masing komponen penampang dengan modulus elastisitas dan luasan yang berbeda dengan persamaan (3) seperti di bawah ini, M - 238 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
(3) Dengan (EI) e = kekakuan lantai efektif (N.mm 2 ) E i = modulus elastisitas komponen i (N/mm 2 ) I i = momen inersia pribadi komponen i (mm 4 ) k = faktor koreksi kekakuan A i = Luasan ke i dari masing-masing komponen stringer dan panel (mm 2 ) a i = jarak titik berat luasan ke-i masing-masing komponen stringer dan panel ke garis netral (mm) n = jumlah komponen/luasan Dengan asumsi modulus elastisitas untuk masing-masing komponen adalah nilai rata-rata dari uji material dalam Tabel 1, dan garis netral dihitung berdasarkan penampang transformasi, maka dapat dihitung dari persamaan (2) dan (3) besarnya nilai k, seperti terlihat pada Tabel 5. Tabel 5 Nilai kekakuan efektif (EI) e dan faktor koreksi (k) P p (kn) p (mm) EI (Nmm 2 ) k M12-12 21.09 9.08 40657666804 0.38 M16-12 22.74 10.16 39184275550 0.35 M18-12 20.77 9.12 39872104578 0.32 P12-12 25.72 11.04 40785944105 0.32 P16-12 31.54 13.64 40998934282 0.31 P18-12 26.30 12.46 37246789037 0.22 D12-12 19.81 9.08 38198335398 0.31 D16-12 19.16 8.76 38288533343 0.30 D18-12 21.47 10.76 34932233581 0.22 Dari hasil uji eksperimental terlihat momen pada saat beban proporsional lebih besar dibandingkan momen pada saat syarat lendutan ijin. Dalam hal ini syarat lendutan ijin atau kekakuan lebih menentukan. Konversi beban terpusat terhadap beban merata dapat kemudian dilakukan dengan menggunakan syarat lendutan ijin untuk bentang lantai yang lebih besar, dengan demikian besarnya momen akan lebih kecil dari momen pada batas proporsional. Hasil konversi terhadap beban merata adalah seperti Tabel 6 dan grafik pada Gambar 7, sebagai berikut: L Tabel 6. Konversi beban merata q (kpa) Benda Uji (mm) M12-12 M16-12 M18-12 P12-12 P16-12 P18-12 D12-12 D16-12 D18-12 1050 17.98 17.33 17.63 18.04 18.13 16.47 16.89 16.93 15.45 1400 7.59 7.31 7.44 7.61 7.65 6.95 7.13 7.14 6.52 1600 5.08 4.90 4.98 5.10 5.12 4.66 4.77 4.79 4.37 1800 3.57 3.44 3.50 3.58 3.60 3.27 3.35 3.36 3.07 2000 2.60 2.51 2.55 2.61 2.62 2.38 2.44 2.45 2.24 2200 1.95 1.88 1.92 1.96 1.97 1.79 1.84 1.84 1.68 Dari tabel tersebut dapat terlihat bahwa sampai dengan panjang bentang 1600 mm lantai double stress skin panelini dapat menerima beban merata sebesar sekitar 4,37 kpa, atau untuk panjang bentang 2000 mm dapat menerima beban merata sebesar sekitar 2,25 kpa. Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013 M - 239
5. KESIMPULAN Gambar 7. Grafik hasil konversi panjang bentang vs beban merata. Secara teoritis untuk perhitungan momen inersia penampang dapat menggunakan faktor k sebesar 0,20-0,30. Penggunaan perekat PvAc memberikan hasil yang baik dan pengerjaannya cukup mudah untuk merekatkan antara panel dan stringer. Dengan ukuran penampang yang sama, konversi terhadap beban merata dapat dihasilkan dengan mudah menggunakan grafik konversi yang tersedia. Lantai double stress skin panel ini mempunyai daktilitas yang cukup besar antara 2,43 4,82. Mutu panel plywood yang lebih baik akan meningkatkan kekuatan panel karena kegagalan yang terjadi dalam penelitian ini lebih dominan pada kegagalan akibat lentur pada plywood. DAFTAR PUSTAKA American Society for Testing and Materials.(2008). Annual Book of ASTM Standards volume 04.10. Baltimore, U.S.A APA Engineered Wood Association. (1990). Plywood Design Specification Supplement 3: Design and Fabrication of Plywood Stressed-Skin Panels. New York. Hafnika, F. (2013).Uji Eksperimental Kekakuan dan Kuat Lentur Double Stress Skin Panel dengan Perekat PvAc. Skripsi, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil Universitas Katolik Parahyangan, Bandung. Juni 2013. Tjondro, J.A., Widarda, D.R., and Dharma, L.E. (2011a) The Flexural Strength and Rigidity of Composite Plywood-Meranti Stress Skin Panel.The 3 rd International Conference of European Asian Civil Engineering Forum,Jogjakarta, 20-22 September 2011. Tjondro, J.A. andpaath, J.R. ( 2011b). The Flexural Strength and Stiffness of Composite Plywood-Bamboo Stress Skin Panel.The 3 rd International Symposium of IWoRS, Jogjakarta, 3-4 November 2011. Tjondro, J.A. and Raharja, N. 2012. The flexural strength and rigidity of composite plywood-renghas double stress skin panel floor. The 4 th International Symposium of Indonesian Wood Research Society.Makassar, 7-8 November 2012 Ozelton, E.C. and Baird, J.A. (2006).Timber Designers Manual, 3 rd ed. Blackwell Publishing. M - 240 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013