ANALISIS SAMBUNGAN PAKU

ANALISIS SAMBUNGAN PAKU 4 Alat sambung paku masih sering dijumpai pada struktur atap, dinding, atau pada struktur rangka rumah. Tebal kayu yang disambung biasanya tidak terlalu tebal berkisar antara 20 mm sampai dengan 40 mm. Paku bulat merupakan jenis paku yang lebih mudah diperoleh dari pada paku ulir. Paku ulir (deformed nail) memiliki koefisien gesekan yang lebih besar dari pada paku bulat sehingga tahanan cabutnya lebih tinggi. Tahanan lateral sambungan dengan alat sambung paku dihitung berdasarkan ketentuan-ketentuan yang ada pada SNI-5 Tata cara perencanaan konstruksi kayu (2002). I. Tahanan lateral acuan Tahanan lateral acuan dari suatu sambungan yang menggunakan paku baja satu irisan yang dibebani secara tegak lurus terhadap sumbu alat pengencang dan dipasang tegak lurus sumbu komponen struktur, diambil sebagai nilai terkecil dari nilai-nilai yang dihitung menggunakan semua persamaan pada Tabel 7 dan dikalikan dengan jumlah alat pengencang (n f ). Untuk sambungan yang terdiri atas tiga komponen sambungan dengan dua irisan, tahanan lateral acuan

42 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu diambil sebesar dua kali tahanan lateral acuan satu irisan yang terkecil. Tabel 7. Tahanan lateral acuan satu paku (Z) pada sambungan dengan satu irisan yang menyambung dua komponen Moda kelelehan Tahanan lateral (Z) I s III m Z 3,3Dt s F es Z K D 3,3k 1 DpF em dengan: K 1 2R D e k 1 2 1 R 1 e 2 F yb 1 2 R e D 2 3F p 2 III s Z 3,3k 2 Dt s F em dengan: K D 2 R e em IV Catatan: k 2 1 Z 2 1 R e 2 F yb 1 2 R e D 2 R e 3F t 2 3,3D 2 F 2Fem yb K D 3 1 R e em s 16 = kedalaman penetrasi efektif batang alat pengencang pada komponen pemegang (lihat Gambar 20) K D = 2,2 : untuk D 4,3 mm = 0,38D+0,56: untuk 4,3 mm D 6,4 mm = 3,0 : untuk D 6,4 mm

R e = F em / F es BAB 4 Analisis Sambungan Paku 43 F e = kuat tumpu kayu = 114,45G 1,84 (N/mm 2 ) dimana G adalah berat jenis kayu kering oven F yb = kuat lentur paku (lihat Tabel 9) Nilai kuat tumpu kayu untuk beberapa nilai berat jenis dapat dilihat pada Tabel 8. Semakin besar nilai berat jenis suatu kayu, maka semakin besar pula nilai kuat tumpunya. Umumnya alat sambung paku digunakan pada kayu dengan berat jenis tidak tinggi mengingat mudahnya paku untuk tekuk (buckling). Tekuk pada paku juga disebabkan oleh tingginya nilai banding antara panjang dan diameter paku (angka kelangsingan) sebagai ciri khas alat sambung paku. Tabel 8. Kuat tumpu paku F e untuk berbagai nilai berat jenis kayu Berat jenis kayu G 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 Nilai F e (N/mm 2 ) 21,21 26,35 31,98 38,11 44,73 51,83 59,40 Nilai kuat lentur paku dapat diperoleh dari supplier atau distributor paku. Pengujian kuat lentur paku dilakukan dengan metode three-point bending test seperti pada ASTM F1575-03. Untuk jenis paku bulat pada umumnya, kuat lentur paku dapat dilihat pada Tabel 9 (ASCE, 1997). Kuat lentur paku menurun dengan semakin dengan meningkatnya diameter paku. Jenis paku lainnya

seperti paku baja

44 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu (hardened steel nails) memiliki kuat lentur yang lebih tinggi dari pada nilai di Tabel 9. Dimensi paku yang meliputi diameter dan panjang dapat dilihat pada Tabel 10. Tabel 9. Kuat lentur paku untuk berbagai diameter paku bulat Diameter paku Kuat lentur paku F yb 3,6 mm 689 N/mm 2 3,6 mm < D 4,7 mm 620 N/mm 2 4,7 mm < D 5,9 mm 552 N/mm 2 5,9 mm < D 7,1 mmm 483 N/mm 2 7,1 mm < D 8,3 mm 414N/mm 2 D > 8,3 mm 310 N/mm 2 Tabel 10. Berbagai ukuran diameter dan panjang paku Jenis paku Diameter (mm) Panjang (mm) CN50 2,8 51 CN65 3,1 63 CN75 3,4 76 CN90 3,8 89 CN100 4,2 102 CN110 5,2 114 BAB 4 Analisis Sambungan Paku 45

II. Tahanan cabut paku Selain menahan gaya lateral, alat sambung paku juga dimungkinkan untuk menerima gaya aksial cabut seperti pada Gambar 20. Tahanan cabut paku tidak boleh diperhitungkan untuk alat sambung paku yang ditanam ke dalam serat ujung. Tahan cabut acuan pada sambungan satu paku dengan batang paku ditanam pada sisi kayu adalah Z w = 31,6DpG 2,5 (N) dimana D adalah diameter paku, p adalah kedalaman penetrasi kayu dan G adalah berat jenis kayu kering. 700 600 500 Douglas fir cabut (N) Tahanan 400 300 200 Tsugi 100 0 0 1 2 3 4 5 Slip Gambar 20. Pengujain tahanan cabut paku dan grafik hasil pengujian

46 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu III. Geometrik sambungan paku Spasi dalam satu baris ( a ). Pada semua arah garis kerja beban lateral terhadap arah serat kayu, spasi minimum antar alat pengencang dalam suatu baris diambil sebesar 10 D bila digunakan pelat sisi dari kayu dan minimal 7 D untuk pelat sisi dari baja. Spasi antar baris ( b ). Pada semua arah garis kerja beban lateral terhadap arah serat kayu, spasi minimum antar baris adalah 5 D. e (a) b c a (b) a : spasi dalam satu baris b d b : spasi antar baris a c : jarak ujung e d : jarak tepi dengan beban e : jarak tepi tanpa beban e c Gambar 21. Geometrik sambungan paku: (a) sambungan horisontal, dan (b) sambungan vertikal Jarak ujung ( c ). Jarak minimum dari ujung komponen struktur ke pusat alat pengencang terdekat diambil sebagai berikut: 1. untuk beban tarik lateral 15 D untuk pelat sisi dari kayu,

10 D untuk pelat sisi dari baja, dan BAB 4 Analisis Sambungan Paku 47 2. untuk beban tekan lateral 10 D untuk pelat sisi dari kayu, 5 D untuk pelat sisi dari baja. Jarak tepi (jarak tepi dengan beban, d, dan jarak tepi tanpa beban, e ). Jarak minimum dari tepi komponen struktur ke pusat alat pengencang terdekat diambil sebesar: 5 D pada tepi yang tidak dibebani, 10 D pada tepi yang dibebani. IV. Faktor koreksi sambungan paku (b) 1. Kedalaman penetrasi C d p p (a) 4D v p p Gambar 22. Sambungan pak dua irisan (a) dan u satu irisan (b)

48 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Tahanan lateral acuan dikalikan 3. dengan faktor kedalaman Sambungan paku miring C tn penetrasi (p), sebagaimana Unuk kondisi tertentu, dinyatakan berikut ini. Untuk: p 12D, penempatan paku pada kayu harus dilakukan secara miring maka (tidak tegak lurus) seperti 6D p 12D, p 6D, pada Gambar 24. Pada sambungan 2. Serat ujung C eg seperti ini, tahanan lateral acuan harus dikalikan dengan Tahanan lateral acuan harus dikalikan dengan faktor serat ujung, C eg = 0,67, untuk alat pengencang yang ditanamkan ke dalam serat ujung kayu. faktor paku miring, sebesar 0,83. C tn, Paku Paku Batang pemegang Gambar 23. Sambungan paku pada serat ujung kayu

BAB 4 Analisis Sambungan Paku 49 Kayu samping Paku miring Kayu utama Gambar 24. Sambungan paku miring 4. Sambungan diafragma C di Faktor koreksi ini hanya berlaku untuk sambungan rangka kayu dengan plywood seperti pada struktur diafragma atau shear wall (dinding geser). Nilai faktor koreksi ini umumnya lebih besar dari pada 1,00. IV. Contoh analisis sambungan paku Contoh 1 Rencanakan sambungan perpanjangan seperti gambar di bawah ini dengan menggunakan alat sambung paku. Kayu penyusun sambungan memiliki berat jenis 0,5. Asumsikan nilai ( ) sebesar 0,8.

50 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu 10 kn 2,5/12 5/12 20 kn 10 kn 2,5/12 Gambar contoh soal 1 (tampak atas) Penyelesaian Dicoba paku CN100 (diameter 4,2 mm dan panjang 102 mm). Menghitung tahanan lateral acuan satu paku (Z) Diameter paku ( D ) = 4,2 mm Kuat lentur paku ( F yb ) = 620 N/mm 2 Kuat samping dan kayu utama dianggap memiliki berat jenis yang sama yaitu 0,5, maka F es = F em = 31,98 N/mm 2 dan R e 1,00. Tebal kayu samping ( t s ) = 25 mm Penetrasi pada komponen pemegang ( p ) p = 102 mm 25 mm 50 mm = 27 mm K D = 2,2 (untuk paku dengan diameter < 4,3 mm) Tahanan lateral acuan ( Z ) satu irisan Moda kelelehan I s

3,3Dt s F es = 3,3x4,2x25x31,98 = 10074 N Z K D 2,2

BAB 4 Analisis Sambungan Paku 51

Moda kelelehan III m k 12 1 R 1 e 2 F yb 1 2R D 2 3F em e p2 2x620x 1 2x1 4,2 2 = 1,22 = 1 2 1 1 3x31,98x27 2 Z 3,3k 1 DpF em = 3,3x1,22x4,2x27x31,98 = 4432 N K D 1 2R e 2,2 1 2x1 Moda kelelehan III s k 2 1 2 1 R 2F yb 1 2R e D 2 R e 3F t 2 e em s = 1 2 1 1 2x620 1 2x1 4,2 2 = 1,26 Z 1 3x31,98x25 2 3,3k 2 Dt s F em = 3,3x1,26x4,2x25x31,98 = 4221 N K 2 R 2,2 2 1 D e Moda kelelehan IV 3,3D 2 F 2Fem yb = 3,3x 4,2 2 2x31,98x620 = 4302 N Z K 3 1 R 2,2 3 1 1 D e

52 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan 10074 I s 4432 III m 4221 III s 4302 IV Tahanan lateral acuan untuk dua irisan, Z = 2 x 4221 = 8442 N Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi ( Z ' ) Nilai koreksi penetrasi ( C d ) 16= 27 mm > 6D (6 x 4,2 = 25,2 mm) 1< 12D (12 x 4,2 = 50,4 mm), maka: p 27 C d = = = 0,536 12D 12x4,2 Z ' C d Z ( C di, C eg, dan C tn tidak diperhitungkan) Z ' 0,536x8442 Z ' = 4525 N Menghitung tahanan lateral ijin satu paku ( Z u ) Z u z Z ' Z u 0,8x0,65x4525

Z u = 2353 N BAB 4 Analisis Sambungan Paku 53 Menghitung jumlah paku ( n f ) n f = P 20000 = = 8,5 paku Z u 2353 (dipasang sebanyak 10 paku seperti gambar di bawah) 3 2x2,5/12 6 5/12 3 C L 7,5 6x5 7,5 Satuan dalam cm Ketentuan penempatan alat sambung paku: Spasi dalam satu baris ( a ) Jarak antar baris ( b ) Jarak ujung ( c ) Jarak tepi tidak dibebani ( e ) 1= 42 mm 50 mm 2= 21 mm 30 mm 3= 63 mm 75 mm 4= 21 mm 30 mm jenis kayu Contoh 2 adalah 0,55 dan Hitunglah P yangfaktor waktu diijinkan darisebesar 1,00. sambungan satu irisan di bawah ini, jika paku yang dipergunakan P 5/12 adalah CN75, berat

54 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Penyelesaian Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z Paku CN75 memiliki diameter 3,4 mm dan panjang 76 mm Kuat lentur paku F yb = 689 N/mm 2 Kuat tumpu kayu; F F = 38,11 N/mm 2 dan R 1,00 es em e Tebal kayu penyambung (tebal kayu terkecil) = 30 mm Kedalaman penetrasi p = 76 mm - 30 mm = 46 mm K D = 2,2 (diameter paku < 4,3 mm) Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan 5831 I s 3126 III m 2163 III s 1622 IV Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi Z ' Nilai koreksi penetrasi C d P = 46 mm > 12D (12x3,4 = 40,8 mm) C d 1,00 Z ' C d Z Z ' 1,00x1622 1622 N BAB 4 Analisis Sambungan Paku 55

Menghitung gaya tarik maksimum sambungan P P n f z Z ' P 12x1,00x0,65x1622 16 12651 N Gaya tarik P maksimum adalah 12,6 kn Contoh 3 Tampak samping P Tampak atas 5/12 2x3/12 2x3 4 Ga H mb ar it con toh u soaln 3 gl 2 4x3 Satuan dalam cm gaya tarik P dari sambungan ah buhul di atas yang tersusun be dari kayu dengan berat jenis sa 0,6 dan paku CN65. rn Asumsikan nilai faktor ya waktu sebesar 0,8.

56 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Penyelesaian Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z satu irisan Paku CN65 memiliki diameter = 3,1 mm dan panjang = 63 mm Kuat lentur paku F yb 689 N / mm 2 Kuat tumpu kayu; F F = 44,73 N/mm 2 dan R es em e 1,00 Tebal kayu samping t s = 30 mm Kedalaman penetrasi p = 63 mm 30 mm = 33 mm Kontrol overlapping (v) v = 2 x (p -0,5t m ) = 2 x (33-25) = 16 mm > 4D (4x3,1 = 12,4 mm) K D = 2,2 (diameter paku < 4,3 mm) Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan 6240 I s 2441 III m 2248 III s 1461 IV Karena penempatan paku pada dua sisi, maka tahanan lateral acuan: Z = 2 x 1461 N = 2921 N Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi Z ' Nilai koreksi penetrasi C d 16= 33 mm > 6D (6 x 3,1= 18,6 mm) 1< 12D (12 x 3,1 = 37,2 mm), maka: BAB 4 Analisis 57

Sambungan Paku C d = maka C d 37 33,2 0,89 p = 33 = 0,89 12D 37,2 Z ' C d Z 0,89x2921 N 2599 N Menghitung gaya tarik maksimum sambungan P P n f z Z ' P 9x0,8x0,65x2599 12163 N Gaya tarik P maksimum adalah 12 kn Contoh 4 2/12 20 kn 5/12 5/12 20 kn 2/12 Gambar contoh soal 4 (tampak atas) Rencanakan sambungan perpanjangan seperti gambar di atas dengan menggunakan alat sambung paku CN65. Kayu penyusun sambungan memiliki berat jenis 0,5. Asumsikan nilai sebesar 1,00.

58 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Penyelesaian Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z satu irisan Paku CN65 memiliki diameter = 3,1 dan panjang 63 mm. Kuat lentur paku F yb 689 N / mm 2 Kuat tumpu kayu; F es F em 31,98 N / mm 2 dan R e 1,00 Kedalaman penetrasi p = 63 mm 20 mm = 43 mm Kontrol overlapping (v) v = 2 x (p -0,5t m ) = 36 mm > 4D (4x3,1 = 12,4 mm) K D = 2,2 (diameter paku < 4,3 mm) Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan 2249 III m 1233 III s 1235 IV Karena penempatan paku pada dua sisi, maka tahanan lateral acuan: Z = 2 x 1233 N = 2466 N Menghitung nilai koreksi penetrasi C d P = 46 mm > 12D (12x3,4 = 40,8 mm) C d 1,00 Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi Z ' Z ' C d Z 1,00x2466 2466 N BAB 4 Analisis Sambungan Paku 59

Menghitung jumlah paku n f P 20000 12,5 15 paku z Z ' 1,00x0,65x2466 C L 2x2,5/12 4x3 5/12 7,5 6x5 7,5 Satuan dalam cm Tampak depan (separuh bentang) Contoh 5 20 kn Satuan dalam mm 40/150 30 kn 45 2x25/150 25 40 25 Gambar contoh 5 Rencanakan sambungan seperti gambar di atas dengan menggunakan

alat sambung paku CN50. Kayu penyusun sambungan memiliki berat jenis 0,5. Asumsikan = 1,0, C eg = 1,0, dan C tn = 1,0.

60 Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Penyelesaian Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z satu irisan Diameter paku = 2,8 mm dan panjang paku = 51 mm Kuat lentur paku F yb = 689 N/mm 2 Kuat tumpu kayu untuk berat jenis 0,5: F es = F em = 31,98 N/mm 2, R e 1,00 Tebal kayu: t s = 25 mm, dan t m = 50 mm Kedalaman penetrasi p = 51 mm 25 mm = 26 mm Kontrol overlapping (v) v = 2 x (p -0,5t m ) = 12 mm > 4D (4x2,8 = 11,2 mm) K D = 2,2 (diameter paku < 4,3 mm) Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan 1305 III m 1266 III s 1008 IV Karena penempatan paku pada dua sisi, maka tahanan lateral acuan: Z = 2 x 1008 N = 2016 N Menghitung nilai koreksi penetrasi ( C d ) P = 26 mm > 6D (6x2,8 = 16,8 mm) < 12D (12x2,8 = 33,6 mm)

BAB 4 Analisis Sambungan Paku 61 Cd 12 p D 33 26,6 = 0,77 Tahanan lateral terkoreksi ( Z ' ) Z ' = C d Z = 0,77 x 2016 = 1552 N Menghitung jumlah paku n f n f P 20000 = 19,8 20 paku z Z ' 1,00x0,65x1552 Satuan dalam mm 40/150 5xa a = (150/cos45 o )/5 30 4x25 2x25/150 20 45