Simposium Nasional RAPI XI FT UMS
ISSN : 1412-9612
TINJAUAN KUAT LENTUR BALOK LAMINASI KOMBINASI ANTARA KAYU SENGON DAN KAYU JATI DENGAN PEREKAT LEM EPOXY Abdul Rochman1 , Warsono2 1
Pengajar Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura 57102 Telp 0271 717417 2 Alumnus Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura 57102 Telp 0271 717417
Abstrak Permintaan kayu sebagai bahan konstruksi selalu meningkat dari tahun ke tahun, padahal kemampuan penyediaan volume kayu semakin menipis. Salah satu solusi dari permasalahan ini adalah dengan mengkombinasikan kayu berkualitas baik dan kurang baik, seperti kombinasi kayu jati dan kayu sengon yang diteliti dalam penelitian ini. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya daya dukung dan kekakuan balok laminasi yang tersusun dari kayu sengon dan kayu jati. Kayu jati diletakkkan di sisi tepi atas dan bawah balok, sedang kayu sengon di sisi tengah balok.Benda uji balok kayu dibuat berukuran 50 mm x 100 mm x 1100 mm dengan 4 variasi, masing-masing variasi dibuat sebanyak 3 buah. Sebagai pembanding dibuat benda uji balok kayu sengon nonlaminasi dengan dimensi yang sama sebanyak 3 buah. Pengujian dilakukan di laboratorium Teknin Sipil UMS. Dari hasil pengujian karakteristik bahan diperoleh, kuat tarik kayu jati sebesar 78,7 MPa dan kuat tarik kayu sengon sebesar 27,3 MPa. Dari pengujian balok uji kayu nonlaminasi diperoleh, kuat lentur balok kayu jati sebesar 30,06 MPa dan kuat lentur balok kayu sengon 14,88 MPa. Sedangkan kuat lentur balok laminasi variasi 1 (tebal kayu jati 10 mm, kayu sengon 80 mm) sebesar 13,95 MPa, balok kayu laminasi variasi 2 (tebal kayu jati 20 mm, kayu sengon 60 mm) sebesar 17,37 MPa, balok kayu laminasi variasi 3 (tebal kayu jati 30 mm, kayu sengon 40 mm) sebesar 187,6 kg/cm2, dan balok kayu laminasi variasi 4 (tebal kayu jati 40 mm dan kayu sengon 20 mm) sebesar 21,19 MPa. Kata kunci: Balok laminasi, kuat lentur, kayu jati ,kayu sengon. PENDAHULUAN Permintaan kayu sebagai bahan konstruksi semakin meningkat. Kayu banyak dipilih karena memiliki beberapa kelebihan, antara lain: ringan (berat jenisnya di bawah 1 gr/cm3), mudah dikerjakan, harganya relatif murah, kekuatan cukup tinggi, serta cukup awet. Kayu kualitas baik (kelas kuat I/II) umumnya memiliki usia tebang sampai puluhan tahun (50 tahun lebih). Usia tebang yang lama dan areal penanamannya yang juga semakin menyempit menimbulkan masalah tersendiri bagi penyediaan kayu. Penggunaan kayu yang memiliki usia tebang lebih pendek (10-15 tahun) sebenarnya merupakan jalan keluar yang baik bagi permasalahan ini, namun umumnya kayu jenis tersebut berkualitas kurang baik. Sebagai contoh kayu Sengon, yang dalam PKKI 1961 hanya digolongkan pada kayu klas kuat IV. Untuk itu diperlukan kreatifitas dan inovasi guna mencari permasalahan tersebut di atas. Salah satu cara penyelesaian yang bisa dilakukan adalah dengan cara memadukan kedua kayu beda kualitas tersebut untuk digunakan secara bersama sebagai balok kayu laminasi. Balok kayu laminasi yang terdiri dari kayu jati dan kayu sengon menjadi pilihan dalam penelitian ini, mengingat kayu sengon dan kayu jati banyak ditemukan di pasaran. Tujuan dari penelitian ini adalah, (i) mengetahui sifat karakteristik dari kayu sengon dan kayu jati, (ii) mengetahui besar kuat lentur balok kayu laminasi, (iii) untuk mengetahui besar perbaikan yang dihasilkan balok kayu laminasi. Jika penelitian ini hasilnya cukup signifikan, maka balok kayu laminasi bisa dipakai untuk konstruksi bangunan misalnya untuk kasau, jika berdimensi kecil serta untuk balok jika mempunyai dimensi lebih besar. Penelitian tentang balok laminasi pernah dilakukan oleh Urip (dalam Budiyono, 2009), yang meninjau kuat lentur balok laminasi kayu jati, kayu mahoni dan kayu sengon dengan plat aluminium, sedangkan Puspita (dalam Budiyono, 2009) meneliti tentang kuat lentur kayu laminasi kayu keruing, kayu sengon dan seng, yang membuktikan bahwa pemakaian balok laminasi dapat menghemat ketinggian hingga 74,7 % jika dibandingkan dengan balok non laminasi. Budiyono (2009) meneliti balok laminasi kombinasi bambu, kayu mahono, dan kayu jati. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, daya dukung balok kayu laminasi meningkat sebesar rata-rata 60 %. Penelitian ini mencoba menguji kuat lentur kayu laminasi dengan susunan dari daerah tarik ke daerah tekan adalah kayu sengon dan kayu jati. Untuk meneruskan tegangan geser antara elemen penyusun balok laminasi, digunakan
TS-125
Simposium Nasional RAPI XI FT UMS
ISSN : 1412-9612
lem epoxy resin. Balok kayu laminasi adalah susunan balok prismatis secara berurutan kayu jati dan kayu sengon, dimana kayu jati diletakkan di tepi atas dan tepi bawah balok seperti yang terlihat ada Gambar 1.
Kayu jati
h2 h1
Kayu Sengon
h2
Kayu jati b
Gambar 1. Balok kayu laminasi kayu senon dan kayu jati Dalam analisa kuat lentur, digunakan kayu kualitas terendah sebagai acuan penghitungan luas penampang, dengan demikian luas penampang kayu jati dan bambu diekivalenkan dengan penampang kayu mahoni.. Untuk lebih jelasnya dapat dirumuskan sebagai berikut : n=
E kayujati
(1)
E kayusengon
dengan n adalah rasio modulus kayu jati terhadap kayu sengon. Momen inersia balok kayu komposit (I) dihitung dengan persamaan: I = 121 b ( h13 + 2 nh23 ) + nbh 2 (1 / 2 h1 + 1 / 2 h2 ) 2 (2) Tegangan lentur kayu serat kayu terluar dihitung dengan persamaan, σ lt =
M .( 12 h1 + h2 ) M = 0,6 I W
(3)
Modulus elastis balok kayu komposit (Ekomposit) dihitung dengan persamaan, Elaminasi
3
= PL
48δ (0,6 I )
METODE PENELITIAN Bahan Penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu jati dan kayu sengon. Untuk perekat digunakan epoxy resin karena mempunyai daya rekat yang cukup baik dan mudah diperoleh di pasaran. Uji kuat-tarik kayu Benda uji kuat tarik kayu (jumlah sampel:kayu jati 3 buah, kayu sengon 3 buah ) dibuat dengan bentuk dan ukuran yang dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Benda uji kuat tarik kayu Uji kuat-geser lem Epoxy
TS-126
Simposium Nasional RAPI XI FT UMS
ISSN : 1412-9612
Benda uji kuat-geser lem Epoxy dibuat dengan bentuk dan ukuran yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Benda uji kuat geser lem Epoxy Balok kayu laminasi Balok kayu laminasi dibuat dengan ukuran 50 mm x 100 mm x 1100 mm dengan 4 variasi. Maing-masing variasi dibuat sebanyak 3 balok uji. Bentuk dan ukuran balok uji dapat dilihat pada Gambar 5. h2 x1 Garis netral
h1 b (a) Penampang laminasi
h2
b
(c) Diagram tegangan lentur
(b) Penampang ekivalen Gambar 4. Penampang ekivalen balok kayu laminasi Tabel 1. Variasi tebal balok kayu laminasi Tebal lapisan (mm) Nama bahan Var 1 Var 2 Var 3 Var 4 Kayu Jati 10 20 30 40 Kayu Sengon 80 60 40 20 Kayu jati 10 20 30 40 Jumlah sampel 3 3 3 3
(a) Balok kayu laminasi variasi 1
(a) Balok kayu laminasi variasi 2
(c) Balok kayu laminasi variasi 3
(d) Balok kayu laminasi variasi 4
TS-127
Simposium Nasional RAPI XI FT UMS
ISSN : 1412-9612
Peralatan Penelitian Beberapa peralatan yang dipakai dalam penelitian ini antara lain: a. Mesin uji lentur. Alat ini berfungsi untuk mengetahui kuat lentur dari benda uji. Pengujian menggunakan Control Miland Italy dengan kapasitas merk United, tahun rakitan 1999. Mesin uji lentur ini mempunyai kapasitas maksimum 150 KN. b. Dial gauge alat untuk membaca berapa kelenturan kayu yang terjadi dari berbagai sample yang dibuat dengan skala baca terkecil adalah 0,01 mm. c. Mesin serut. Mesin serut berfungsi sebagai penghalus atau finishing dalam pembuatan benda uji. Sedangkan dilapangan mesin serut dipakai juga untuk menghaluskan permukaan benda uji. d. Kaliper atau jangka sorong. Kaliper dengan merk Tricle Brand buatan China, berguna untuk mengukur dimensi kayu ( panjang, lebar, dan tinggi ) yang membutuhkan ketelitian untuk mengukur. Kaliper ang digunakan memiliki ketelitian 0,01 cm dan panjang 25 cm. Tahapan Penelitian Penelitian ini dilaksanakan dalam 5 (lima) tahap, bagan alir selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 5 Mulai
Penyiapan bahan dan peralatan
Pengujian berat jenis kering udara
Pembuatan benda uji
Pengukuran dimensi kayu dan mencatat hasil penimbangan
Pengujian kuat lentur balok kayu laminasi dan non laminasi
Pengujian karakteristik bahan (kuat tarik, kuat geser lem)
Analisa data dan hasil pembahasan
Kesimpulan
Selesai Gambar 5 Bagan alir penelitian HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Kuat tarik kayu Hasil pengujian kuat tarik kayu sengon dan kayu jati dapat dilihat pada Tabel 2.
TS-128
Simposium Nasional RAPI XI FT UMS
ISSN : 1412-9612
Tabel 2. Kuat tarik kayu jati dan kayu sengon Jenis Pmaks Kuat tarik Kuat tarik kayu Benda (N) (MPa) rerata (M uji Pa) KS1 6550 26,2 Kayu 27,3 KS2 6250 25,0 Sengon KS3 7650 30,6 KJ1 15150 75.8 Kayu 78,7 KJ2 14450 72,3 jati KJ3 17600 88,0 Dari Tabel 2 di atas terlihat, bahwa kuat tarik kayu sengon jauh dibawah dari kuat tarik kayu jati, yaitu hanya sekitar 1/3 nya. Melihat fakta ini, maka tepat kiranya jika kayu sengon diletakkan di bagian tengah kayu laminasi, mengingat makin ke tengah bagian balok, tegangan yang di dukung juga makin kecil. Kuat Geser Lem Hasil pengujian kuat tarik kayu sengon dan kayu jati dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Kuat geser lem epoxy Jenis Benda Pmaks (N) kayu uji
Kayu Sengon Kayu jati
KS1 KS2 KS3 KJ1 KJ2 KJ3
3900 4700 4200 5100 4500 4300
Kuat geser lem (MPa) 0,81 0,98 0,88 1,06 0,94 0,90
Kuat geser lem rerata (MPa) 0,88
0,96
Dari Tabel 3 di atas terlihat, bahwa kuat geser lem yang menggunakan media kayu sengon dan kayu jati nilainya hampir sama, dan tidak terpaut jauh. Pengujian kuat lentur Analisis keruntuhan Secara umum, pelaksanaan pengujian lentur benda uji balok kayu tak menemui masalah dan berjalan sesuai yang direncanakan. Dengan pembebanan yang dilakukan secara manual, maka respon yang diberikan benda uji balok kayu dapat teramati dengan baik. Dari pengujian masing masing benda uji, ternyata menunjukkan perilaku dan tipe keruntuhan yang hampir sama. Untuk benda uji balok kayu non laminasi, proses keruntuhannya berlangsung secara cepat dan mendadak seperti pola keruntuhan bahan getas. Disamping itu, juga diawali dengan suara semacam ledakan kecil yang mengiringi proses keruntuhannya. Begitu runtuh, daya dukung balok uji langsung hilang. Perilaku berbeda ditunjukkan pada balok kayu laminasi, dimana balok uji kelihatan lebih liat. Keruntuhan dimulai dengan timbulnya retak-retak pada bambu di tepi atas, retak tersebut secara perlahan merambat ke tengah yaitu ke kayu sengon desak. Bersamaan dengan perambatan retak tersebut, lendutan pada balok kayu juga akan membesar. Setelah lendutan yang terjadi cukup besar, maka secara berangsur-angsur ikatan antara kayu sengon dan bambu mulai lepas, terutama di tepi bawah pada derah dekat tumpuan. Setelah tahap ini, daya dukung balok akan turun secara drastis.
= kayu sengon = kayu jati Gambar 6. Hubungan beban-lendutan balok non laminasi
TS-129
Simposium Nasional RAPI XI FT UMS
ISSN : 1412-9612
Kurva hubungan beban-lendutan Grafik hubungan beban dan lendutan untuk balok kayu non laminasi dapat dilihat pada Gambar 6. Dari Gambar 6 di atas terlihat, bahwa grafik hubungan beban dan lendutan untuk kayu sengon lebih landai dibanding kayu jati. Hal ini menunjukkan kayujati lebih kaku dibanding kayu sengon.. Grafik hubungan beban dan lendutan untuk balok kayu non laminasi dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 6. Hubungan beban-lendutan balok laminasi Kekakuan balok Perbedaan kekakuan balok kayu non laminasi dan kayu laminasi disajikan pada Tabel 4. Tabel 4. Kekakuan balok kayu non laminasi dan balok kayu laminasi Jenis Jenis Benda Kekakuan Kekakuan balok kayu uji (N/mm) rerata (N/mm) Balok KS1 1113,8 kayu Kayu 991,9 KS2 854,7 non sengon KS3 1007,2 laminasi KJ1 2702,7 Kayu 2640,4 KJ2 2403,8 Jat1 KJ3 3174,6 KS1 2177,3 Var1 1989,8 KS2 1552,1 KS3 2240,0 KJ1 2566,7 Balok Var 2 2154,7 KJ2 1543,2 kayu KJ3 2354,0 laminasi KS1 2812,5 Var 3 2400,3 KS2 1821,9 KS3 2566,5 KJ1 2916,7 Var 4 2605,9 KJ2 2043,8 KJ3 2857,1
Kayu sengon
Kayu Kayu Kayu Kayu Kayu laminasi laminasi laminasi laminasi Jati Var 1 Var 2 Var 3 Var 4 K=991,9 K=1989,8 K=2154,7 K=2400,3 K=2605,9 K=2640,4 Gambar 7. Perbandingan kekakuan balok non laminasi dan balok kayu laminasi
TS-130
Simposium Nasional RAPI XI FT UMS
ISSN : 1412-9612
Dari Tabel 4 dan Gambar 7 terlihat, bahwa pe-ningkatan kekakuan balok non laminasi dari kayu sengon ke balok kayu laminasi variasi 1 sebesar hampir 100,6 %, sementara kenaikan kekakuan dari balok kayu laminasi variasi 1 ke variasi berikutnya tidak terlalu signifikan. Kuat lentur balok Perbedaan kekakuan balok kayu non laminasi dan kayu laminasi disajikan pada Tabel 4. Tabel 5. Kuat lentur balok kayu non laminasi dan balok kayu laminasi Kuat lentur (Fb) Kuat lentur (Fb) rerata Jenis balok Jenis kayu Benda uji (MPa) (MPa) Balok kayu KS1 1113,8 non laminasi Kayu 14,88 KS2 854,7 sengon KS3 1007,2 KJ1 2702,7 Kayu Jat1 30,06 KJ2 2403,8 KJ3 3174,6 KS1 2177,3 Var1 13,95 KS2 1552,1 KS3 2240,0 KJ1 2566,7 Balok kayu Var 2 17,37 KJ2 1543,2 laminasi KJ3 2354,0 KS1 2812,5 Var 3 18,76 KS2 1821,9 KS3 2566,5 KJ1 2916,7 Var 4 21,19 KJ2 2043,8 KJ3 2857,1 Dari Tabel 5 terlihat, bahwa pe-ningkatan kuat lentur balok non laminasi dari kayu sengon ke balok kayu laminasi variasi 1 hampir tidak ada. Kenaikan kuat lentur baru terjadi mulai dari balok kayu laminasi variasi 1 ke variasi berikutnya, mesiki juga tidak tidak terlalu signifikan. KESIMPULAN Dari pembahasan di atas, dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Dari pengujan kuat-tarik diperoleh, kuat tarik rerata kayu Sengon sebesar 27,3 MPa dan kuat-tarik kayu Jati sebesar 78,6 MPa. 2. Dari pengujan kuat-geser lem diperoleh, kuat-geser lem rerata dengan media kayu Sengon sebesar 0,88 MPa dan kuat-geser lem rerata dengan media kayu Jati sebesar 0,96 MPa. 3. Dari pengujian kuat lentur diperoleh, kuat-lentur yang terjadi bertambah besar seiring dengan semakin kecilnya tebal kayu sengon, dan sebaliknya dengan semakin tebalnya kayu jati yang digunakan pada balok kayu laminasi. Kuat lentur balok kayu laminasi variasi 1, variasi 2, variasi 3, dan variasi 4 berturut-turut adalah 13,95 MPa, 17,37 MPa, 18,76 MPa, dan 21,19 MPa. DAFTAR PUSTAKA Anonim, 1971. Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia, PKKI 1961, Penerbit Departemen Pekerjaan Umum, Direktorat Jenderal Cipta Karya, Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan, Bandung. Budiyono, S., Rochman, 2009, Tinjauan Kuat Lentur dan Kekakuan Balok Komposit Kayu Mahoni, Kayu Jati, dan Bambu Petung, Tugas Akhir Sarjana Strata 1, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Felix Yap, K.H., 1997. Konstruksi Kayu, Binacipta, Bandung.
TS-131
