BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang · · Pori-pori : Sebetulnya pori-pori adalah sel-sel pembuluh...
Transcript of BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang · · Pori-pori : Sebetulnya pori-pori adalah sel-sel pembuluh...
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Di Indonesia banyak bangunan kuno atau bersejarah yang konstruksinya
menggunakan kayu. Karena bangunan tersebut sudah tua misalnya Masjid Agung Solo,
Keraton di Solo, maka perlu ditinjau kekuatan konstruksinya, bisa juga karena diinginkan
perubahan fungsi penggunaannya tetapi diinginkan tidak merubah bentuk aslinya padahal
ada penambahan beban, maka diperlukan perkuatan kayu sebagai penambahan kekuatan
lentur pada balok kayu. Di samping itu, kekuatan lentur kayu sesuai dengan kelas, mutu
dan dimensinya terbatas, sementara kebutuhan akan kekuatan lebih besar dari
kemampuan atau kapasitas kayu tersebut.
Oleh karena itu di perlukan bahan perkuatan kayu yang tepat, yang tidak
merubah bentuk konstruksi bangunan tetapi dapat menambah kekuatan pada balok.
Salah satu cara dengan menggunakan Sistem Perlekatan Luar FRP atau Fiber
Reinforced Plastic, dimana kayu di lapisi dengan FRP. FRP ini pernah di teliti untuk
perkuatan balok beton bertulang dan hasilnya bisa menambah kekuatan balok beton.
Keuntungan menggunakan FRP diantaranya:
a. Tahan terhadap korosi
b. Ringan
c. Tidak merubah bentuk aslinya struktur yang akan di perbaiki karena hanya di
tempelkan pada balok dengan cara di rekatkan dengan epoxi.
d. Pemasangan cepat dan mudah
2
Menurut Nurtanto, Dwi, 2002. dalam penelitiannya yang berjudul Kontribusi
Kuat Lentur Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) Pada Balok Dengan Pembebanan
Statis mendapatkan hasil, balok dengan rasio tulangan minimum akan mengalami
peningkatan 56,604% untuk perkuatan CFRP 1 lapis, meningkat 103,745% untuk
perkuatan CFRP 2 lapis.
Perbedaannya pada penelitian ini ialah FRP digunakan untuk perkuatan kayu,
kalau penelitian Nurtanto untuk pekuatan balok beton.
B. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah seperti diuraian diatas maka dapat di
rumuskan permasalahan seberapa besar peningkatan kuat lentur balok kayu yang
diperkuat FRP dengan Sistem Perlekatan Luar.
C. Tujuan Penelitian
Penelitian ini secara umum mencari jawaban dari masalah yang telah di rumuskan
yaitu mengetahui seberapa besar peningkatan kuat lentur pada balok kayu bila di perkuat
FRP dengan Sistem Perlekatan Luar dan bagaimana pengaruhnya terhadap defleksi
lentur.
3
D. Manfaat Penelitian
Manfaat yang hendak dicapai dari penelitian adalah:
a. Bagi ilmu pengetahuan dan teknologi memberikan jawaban atas penggunaan FRP
Sistem Perlekatan Luar pada perkuatan kayu
b. Bagi pemecahan masalah bangunan, setelah mengetahui peningkatan kekuatan balok
kayu yang dilapisi FRP, maka dapat ditentukan seberapa panjang penambahan lapisan
FRP pada balok kayu tersebut.
E. Batasan Masalah
Agar permasalahan yang di kaji dapat fokus, maka diadakan pembatasan sebagai
berikut:
a. Kayu yang di pakai kayu kruing.
b. Kayu di dapat di pasaran / toko kayu.
c. Tidak meninjau segi ekonomis.
d. FRP yang digunakan adalah PLAT CARBODUR S512 dari SIKA.
e. Perekat yang digunakan adalah SIKADUR 31CF Normal dari SIKA.
4
BAB II
KAJIAN TEORI
A. SIFAT KAYU SECARA UMUM.
Kayu adalah bahan dari alam yang tidak homogen perilaku ini disebabkan
oleh pola pertumbuhan batang dan kondisi lingkungan yang sering tidak sama.
1. Pohon kayu terdiri dari bagian luar (kulit pohon dan bagian dalam pohon seperti
terlihat pada gambar.2.1 yaitu potongan melintang pohon kayu)
Anatomi Kayu
Senyawa utama penyusun sel kayu : 50% selulosa, 25% hemilulosa, 25% lignin
A: Kambium
B: Kulit dalam
C: Kulit luar
D: Kayu gubal/sapwood
E: Kayu teras/heartwood
F: Hati/galih
G: Jari-jari kayu
5
· Kulit luar : Bagian yang terluar. Kulit bertugas sebagai pelindung bagian
dalam kayu dari pengaruh-pengaruh iklim, serangan serangga dan jamur
atau secara mekanis.
· Kambium : Jaringan yang berupa lapisan tipis dan bening, yang
melingkar pohon. Tugas kabium kearah luar membentuk kulit yang baru
dan kedalam membentuk kayu.
· Kayu gubal : Bagian kayu yang terdiri dari sel-sel yang masih hidup,
masih berfungsi. Oleh karena itu tugas kayu gubal ini ialah menyalurkan
bahan makanan dari daun kebagian-bagian pohon yang lain.
· Kayu teras : Bagian yang terdiri dari sel-sel yang sudah tua atau mati.
Kayu teras ini asalnya dari kayu gubal yang makin tua lalu mati, sehingga
tidak berfungsi.
Kayu teras ini hanya sebagai pengokoh tumbuhnya pohon saja. Kayu teras
lebih awet dan pada umumnya warna kayu lebih tua dari pada kayu
gubalnya.
· Hati : Merupakan bagian yang berada dipusat pohon. Hati ini asalnya dari
kayu awal yaitu kayu yang pertama-tama dibentuk oleh kambium dan
bersifat rapuh berupa jaringan gabus.
· Pori-pori : Sebetulnya pori-pori adalah sel-sel pembuluh kayu yang
terpotong, sehingga memberi kesan lubang-lubang kecil (pori-pori).
Ukuran besarnya pori-pori ini untuk tiap-tiap jenis kayu berbeda-beda.
6
· Lingkaran tahun /tumbuh kondisi pertumbuhan
pohon ditentukan oleh lingkungan tumbuh, yaitu
iklim. Mutu kayu dipengaruhi oleh tebalnya
lingkaran tahun, semakin tipis gelang tahun
semakin kuat karena dinding sel relative tebal.
Oleh karena itu sifat-sifat fisik dan sifat mekanik pada arah longitudinal, radial
dan tangensial tidak sama sehingga kekuatan kayu pada arah longitudinal lebih besar
bila dibandingkan dengan arah radial ataupun tarsial dan angka kembang susut pada
arah longitudinal jauh lebih kecil dari pada arah radial maupun arah tangencial (Ali
Awaludin 2005)
R : Arah radial
T : Arah tangensial
L : Arah longitudinal/axial
Kayu sebagai bahan material struktur bangunan memiliki beberapa kelebihan,
diantaranya:
a. Mudah di dapat terutama di Indonesia
b. Mudah di angkut karena dapat digergaji menjadi potongan-potongan kecil sesuai
kebutuhan
c. Mudah di kerjakan
7
d. Untuk pekerjaan di air, kayu juga cukup baik karena tidak berkarat asal
sepenuhnya di dalam air.
e. Untuk dekorasi ruang dalam kayu termasuk kuat dan mudah.
f. Kayu di gabung dengan baja atau bahan lainnya (mis. FRP) sehingga kayu
tersebut dapat bertambah kekuatannya.
Kerugian dari penggunaan kayu sebagai bahan material struktur bangunan
diantaranya:
a. Bersifat tidak homogen karena cacat alam seperti mata kayu, kemiringan serat dan
lain-lain
b. Kurang awet dalam keadaan tertentu.
c. Dapat mengembang dan menyusut dengan perubahan kelembaban.
d. Pada pembebanan berjangka lama terdapat lendutan yang besar meskipun tetap
elastis.
e. Kayu mudah terbakar.
Sehingga sebelum digunakan, kayu harus diawetkan supaya memiliki jangka
waktu pemakaian yang lama atau sesuai dengan yang diharapkan.
B. SIFAT FISIK DAN MEKANIK KAYU
1. Sifat fisik kayu antara lain:
a. Kandungan air
Kayu merupakan material higroskopis, artinya kayu memiliki kaitan
yang sangat erat dengan air baik berupa cairan ataupun uap air. Kandungan air
8
yang terdapat pada sebuah pohon sangat bervariasi tergantung pada
spesiesnya.
Kandungan air pada kayu gubal lebih banyak dari pada kayu teras. Air
yang terdapat pada batang kayu tersimpan dalam dua bentuk yaitu air bebas
yang terletak diantara sel kayu dan air ikat yang terletak pada dinding sel.
Bila air bebas yang terletak diantara sel-sel sudah habis sedangkan air
ikat pada dinding sel masih jenuh dinamakan titik jenuh serat (fibre saturation
point)
Kandungan air pada saat titik jenuh serat berkisar antara 25% sampai
30% (Ali Awaludin,2005).
Lingkungan yang memiliki kelembaban udara yang stabil, maka
kandungan air pada kayu juga akan cenderung tetap, kondisi kandungan air
pada kayu yang tetap ini disebut kadar air imbang (Equilibrium Moisture
Content).
Kadar air (m) = Wd
WdWg - ........................................................................... 2.1
dimana Wg = Berat kayu basah
Wd = Berat kayu kering oven
b. Cacat kayu
Cacat atau kerusakan kayu dapat mengurangi kekuatan dan bahkan
kayu yang cacat tersebut tidak dapat dipergunakan sebagai bahan konstruksi.
Cacat kayu yang sering terjadi adalah retak (cracks), mata kayu (knots) dan
kemiringan serat (slope of grain).
9
Retak pada kayu terjadi karena proses penyusutan akibat penurunan
kandungan air (pengeringan).
Mata kayu sering terdapat pada batang kayu yang merupakan bekas
cabang kayu yang patah, pada mata kayu ini terjadi pembengkokan arah serat
sehingga kekuatan kayu menjadi berkurang. Kemiringan serat menunjukan
sudut miring serat kayu. Kemiringan serat pada batang kayu terjadi
disebabkan tidak sesuainya sumbu batang kayu dengan sumbu pohon pada
saat pemotongan/penggergajian.
Kekuatan kayu berhubungan erat dengan kepadatan kayu, semakin
padat kayu semakin kuat dalam menerima tegangan (Suwarno Wiryomartono,
1976)
c. Kepadatan dan berat jenis
Kepadatan (density) kayu dinyatakan sebagai berat per unit volume.
Pengukuran kepadatan ditunjukan untuk mengetahui porositas atau persentase
rongga pada kayu.
Cara menghitung kepadatan kayu adalah membandingkan antara berat
kering kayu dengan volume basah. Berat kayu yang telah disimpan dalam
oven pada suhu 1050C selama 24 hingga 48 jam atau hingga berat spesimen
kayu tetap.
Berat jenis adalah perbandingan antara kepadatan kayu dengan
kepadatan air pada volume yang sama.
Kepadatan/kerapatan kayu adalah perbandingan antara massa kayu
dengan volume kayu baik pada kadar air tertentu maupun kadar air kering
tanur.
10
Nilai kerapatan kayu
VgWg
=r ........................................................................................................ 2.2
Vg = Volume kayu basah r = Kerapatan kayu (Kg/m3) Wg = Berat kayu basah
Menentukan berat jenis pada kadar air m% (Gm)
Gm = ( ){ }100/11000 m+r
............................................................................... 2.3
Menentukan berat jenis dasar (Gb)
Gb = { }GmGm
a265,01+.................................................................................... 2.4
a = 30
30 m-.................................................................................................... 2.5
Menentukan berat jenis pada kadar air 15% (G).
G = ( )GbGb133,01-
.......................................................................................... 2.6
d. Keawetan
Keawetan adalah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsur-unsur
perusak kayu dari luar seperti jamur, rayap, bubuk dll. Keawetan kayu tersebut
disebabkan adanya zat ekstraktif didalam kayu yang merupakan unsur racun
bagi perusak kayu. Zat ekstraktif tersebut terbentuk pada saat kayu gubal
11
berubah menjadi kayu teras sehingga pada umumnya kayu teras lebih awet
dari kayu gubal.
e. Warna
Kayu beraneka warna macamnya disebabkan oleh zat pengisi warna
dalam kayu yang berbeda-beda.
f. Tekstur
Tekstur adalah ukuran relatif sel-sel kayu. Berdasarkan teksturnya,
kayu digolongkan kedalam kayu bertekstur halus (contoh: giam, kulim dll),
kayu bertekstur sedang (contoh: jati, sonokeling dll) dan kayu bertekstur kasar
(contoh: kempas, meranti dll).
g. Arah serat
Arah serat adalah arah umum sel-sel kayu terhadap sumbu batang
pohon. Arah serat dapat dibedakan menjadi serat lurus, serat berpadu, serat
berombak, serat terpilin dan serat diagonal (serat miring).
h. Kesan Raba
Kesan raba adalah kesan yang diperoleh pada saat meraba permukaan
kayu (kasar, halus, licin, dingin, berminyak dll). kesan raba tiap jenis kayu
berbeda-beda tergantung dari tekstur kayu, kadar air, kadar zat ekstraktif
dalam kayu.
i. Bau dan rasa
Bau dan rasa kayu mudah hilang bila kayu lama tersimpan di udara
terbuka. Beberapa jenis kayu mempunyai bau yang merangsang dan untuk
menyatakan bau kayu tersebut, sering digunakan bau sesuatu benda yang
12
umum dikenal misalnya bau bawang (kulim), bau zat penyamak (jati), bau
kamper (kapur) dsb.
j. Nilai dekoratif
Gambar kayu tergantung dari pola penyebaran warna, arah serat,
tekstur yang tumbuh dalam pola-pola tertentu. Pola gambar ini yang membuat
sesuatu jenis kayu mempunyai nilai dekoratif.
k. Higroskopis
Kayu mempunyai sifat dapat menyerap atau melepaskan air. Makin
lembab udara disekitarnya makin tinggi pula kelembaban kayu sampai tecapai
keseimbangan dalam lingkungannya. Dalam kondisi kelembaban kayu sama
dengan kelembaban udara disekelilingnya disebut kandungan air
keseimbangan (EMG = Equilibrium Moisture Content)
l. Daya hantar panas
Sifat daya hantar kayu sangat jelek sehingga kayu banyak digunakan
untuk membuat barang-barang yang berhubungan langsung dengan sumber
panas.
m. Daya hantar listrik
Pada umumnya kayu merupakan bahan hantar yang jelek untuk aliran
listrik. Daya hantar listrik ini dipengaruhi oleh kadar air kayu. Pada kadar air
0%, kayu akan menjadi bahan sekat listrik yang baik sekali, sebaliknya apabila
13
kayu mengandung air maksimum (kayu basah), maka daya hantarnya boleh
dikatakan sama dengan daya hantar air.
n. Sifat kayu terhadap suara terdiri dari:
1) Sifat Akustik, yaitu kemampuan untuk meneruskan suara berkaitan erat
dengan elastisitas kayu.
2) Sifat Resonansi, yaitu turut bergetarnya kayu akibat adanya gelombang
suara. Kualitas nada yang dikeluarkan kayu sangat baik, sehingga kayu
banyak dipakai untuk bahan pembuat alat musik (kulintang, gitar, biola
dll).
2. Sifat Mekanika Kayu
Sifat kayu yang erat kaitannya dengan kakuatan kayu adalah sifat
mekanik kayu. Kekuatan dan ketahanan terhadap perubahan bentuk suatu bahan
disebut sebagai sifat-sifat mekanik. Ketahanan terhadap perubahan bentuk
menentukan banyaknya bahan yang dimanfaatkan, terpuntir atau terlengkungkah
oleh suatu beban yang mengenainya.
Perubahan-perubahan bentuk yang terjadi segera sesudah beban
dikenakan dan dapat di pulihkan jika beban dihilangkan disebut perubahan
bentuk elastis. sebaliknya jika perubahan bentuk berkembang perlahan-lahan
14
sesudah dikenakan, disebut reologis atau tergantung waktu. Sifat-sifat mekanik
kayu yang penting dapat dilihat pada tabel 2.1 sebagai berikut:
Tabel 2. 1 : Sifat.-sifat mekanik yang penting
Sifat-Sifat Ragaimana atau dimana sifat ini penting
A. Sifat kekuatan Kekuatan tekan sejajar serat Kekuatan tekan tegak lurus Serat Kekuatan tarik sejajar serat Kekuatan geser sejajar serat
B. Sifat Elastik
Modulus elastisitas
Menentukan beban yang dapat dipikul suatu gelagar Menentukan beban yang dapat dipikul suatu tiang atau pancang yang pendek Penting dalam rancangan sambungan antara suku-suku kayu dalam suatu bangunan dan pada penyangga gelagar Penting untuk suku bawah (busur) pada penopang kayu dan dalam rancangan sambungan antara suku-suku bangunan Sering menentukan kapasitas beban yang dapat dipikul oleh gelagar pendek Ukuran ketahanan terhadap pembengkokan, yaitu berhubungan langsung dengan kekakuan gelagar juga suatu faktor untuk kekuatan atau tiang panjang
Kuat tekan sejajar serat
stk // = A
pmaks...................................................................................................... 2.7
P = Gaya tekan
15
A = Luas bidang yang tertekan
Kuat tekan tegak lurus serat.
stk ^ = A
pmaks...................................................................................................... 2.8
Kuat tarik sejajar serat.
stk // = A
pmaks ................................................................................................... 2.9
P = Gaya tarik
A = Luas bidang yang tertarik dari benda uji.
Kuat geser sejajar serat.
t // = A
pmaks ................................................................................................... 2.10
P = Gaya geser
A = Luas bidang yang tegeser dari benda uji.
Menurut Wiryomartono,1976 karena kayu bersifat enisotrop maka sifat
mekaniknya ke berbagai arah serat berbeda, antara lain disebutkan:
a. Kayu lebih kuat mendukung gaya tarik sejajar serat daripada tarik menurut
arah tegak lurus serat (sts // > sts^ ).
16
b. Kayu lebih kuat mendukung gaya desak sejajar serat daripada desak menurut
arah tegak lurus serat (sds // > sds^ ).
c. Kayu lebih kuat mendukung gayatarik daripada gaya desak pada arah sejajar
serat (sts // > sds).
d. Kayu lebih kuat mendukung gaya geser tegak lurus arah serat daripada geser
searah arah serat ( τ^ > τ// ).
e. Kayu mempunyai dukungan lentur yang lebih besar daripada dukungan
desak.
Tabel 2. 2 : Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu
Macam cacat Kelas mutu A Kelas mutu B Kelas mutu C
Mata kayu:
Terletak dimuka
lebar
1/6 lebar kayu
1/4 lebar kayu
1/2 lebar kayu
Terletak dimuka
sempit
1/8 lebar kayu 1/6 lebar kayu 1/4 lebar kayu
Retak 1/5 tebal kayu 1/6 tebal kayu 1/2 tebal kayu
Pingul 1/10 tebal atau lebar
kayu
1/6 tebal atau lebar
kayu
1/4 tebal atau lebar
kayu
Arah serat 1 : 13 1 : 9 1 : 6
Saluran damar 1/5 tebal kayu
eksudasi tidak
diperkenankan
2/5 tebal kayu 1/2 tebal kayu
Gubal Diperkenankan Diperkenankan Diperkenankan
Lubang serangga Diperkenankan asal
terpencar dan ukuran
dibatasi dan tidak ada
tanda-tanda serangga
Diperkenankan asal
terpencar dan ukuran
dibatasi dan tidak ada
tanda-tanda serangga
Diperkenankan asal
terpencar dan ukuran
dibatasi dan tidak ada
tanda-tanda serangga
17
hidup hidup hidup
Cacat lain (lapuk,
hati rapuh, retak
melintang)
Tidak diperkenankan Tidak diperkenankan Tidak diperkenankan
Yang dimaksud Kayu Struktural ialah kayu gergajian yang digunakan untuk
komponen struktur bangunan yang memikul beban. Komponen struktur berbentang
sederhana yang tidak menyatu dengan tumpuan-tumpuannya maka bentang rencana
adalah bentang bersih ditambah setengah kali panjang landasan tumpuan pada
masing-masing ujung komponen struktur.
C. KRITERIA PERENCANAAN BALOK
Berdasarkan teori mekanika untuk tegangangeser balok tampang segi empat
yang dibebani gaya tranfersial statik akan timbul tegangan dan regangan internal.
Sebagai bentuk perilaku perlawanan balok (Timoshenko dan Gere, 1996).
Untuk mencari besarnya kuat lentur perlu diperhatikan momen yang terjadi
pada saat pembebanan. Gambar 2.4 berikut menggambarkan bidang geser dan bidang
momen yang terjadi pada saat pembebanan, sedangkan Gambar 2.5 berikut
menggambarkan penampang balok dan diagram tegangan-regangan yang terjadi pada
saat terjadi pembebanan.
1/3 L 1/3 L 1/3 L
P/2 P/2
P/2
P/2
Bdg. D
Bdg. M
18
Gambar 2. 4 : Kondisi Pembebanan
Gambar 2. 5 : Penampang Balok
Perhitungan kesetimbangan statis balok bertumpu sederhana untuk kondisi
pembebanan seperti pada Gambar 2.1 dapat dihitung sebagai berikut :
RA = DA = ½ P dan RB = DB = ½ P ........................................................................ 2.11
Mmaks = ½ P . a ....................................................................................................... 2.12
Hubungan tegangan-regangan terhadap perilaku balok yang dibebani beban
dengan arah tranversal sumbu longitudinal dihitung sebagai berikut:
IyM .
=s ............................................................................................................... 2.13
P.1 / 3L = yI.s
....................................................................................................... 2.14
P = yL
I
.31
.s ............................................................................................................ 2.15
bIQP..
=t ................................................................................................................. 2.16
Dengan :
s = tegangan normal akibat lentur
M = momen lentur
h 0
b
+ y
a b c
(a). Penampang Balok
(b). Diagram tegangan-regangan
(c). Distribusi tegangan geser
19
y = jarak titik tinjau dalam penampang terhadap garis netral tampang
I = momen inersia penampang (1 / 12 bh3)
τ = tegangan geser akibat lentur
a. Panjang Kritis Balok
Untuk kondisi pembebanan terpusat dengan jarak 1/3 dari jarak tumpuan
maka perhitungan panjang kritis balok terjadi kegagalan lentur dan geser secara
bersamaan ditentukan dengan persamaan 2.17.
ts.8..6 h
Lcr = ...................................................................................................... 2.17
b. Lendutan Balok Kayu
Besarnya lendutan maksimum yang terjadi akibat pembebanan terpusat dengan
jarak a dari jarak tumpuan :
P P
P P
0
Å
A C D E B
0
- P
IV III II I
Å
- P
a ½ l
a
l
20
Gambar. 2. 6 : Bidang M
21
Reaksi peletakan
RA = RB = P
Momen
Mc = ME = RA . a = P . a
Beban Jarak dari A Jarak dari B
PI = ½ Pa2 2/3 a l - 2/3 a
PII = Pa. ½ ( l – 2a) = P ( ½ al - a2) 1/4 l + 1/2 a 3/4 l - 1/2 a
PIII = Pa. ½ ( l – 2a) = P ( ½ al - a2) 3/4 l + 1/2 a 1/4 l + 1/2 a
PIV = ½ Pa2 l - 2/3 a 2/3 a
Menghitung RA dan RB
åMB = 0
RA’.l – PI.(1 – 2/3 a )- PII.( ¾ l - ½ a)- PIII.( 1/4 l - ½ a)- PIV.( 2/3 a) = 0
RA’= ( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )
l
aaalaalalaalala 3
22P 2
12
1 4
12 2
1P 2
1 - 4
32 - 2
1P 3
2 - 2P 2
1 ++++
RA’ = l
aalalPaalPalPalaalala 3
P3
13P
212
P 4
12
41
2P
813
2 1
2
432
P4
12P
833
P 3
12P
21 +--+++--+-
RA’ = ( )
2
2
21
212
1 2P 2
1PaPal
l
Palla-=
+-
RB’ = RA’
22
Mmax’ terjadi pada titik D
Mmax’ = ( ) ( )alPalPlR IIIA 21
41.3
22
1.21. ----¢
= ( ) ( ) ( )alIIPPalPaPal2
14
1.22
12
1.22
12
1 ----
= 32
124
124
128
133
124
124
14
1 PalPalPaPalPalPalPaPal -++-+--
= 36
128
1PaPal -
Mmax’ = ( )242324
alPa
-
Defleksi Maksimum
max = ( )
( )22
22
max 4324
4324 al
EIPa
EI
alPa
EI
M-=
-=
¢
Menurut Gere dan Timoshenko dalam bukunya Mekanika Bahan di dapat d max
sebesar:
d max = ( )22 43.24.
aLEIaP
- ..................................................................................2.18
P = Beban yang bekerja pada balok
a = Jarak beban terhadap tumpuan.
L = Bentang balok
E = Modulus elastisitas balok.
I = Momen Inersia balok.
23
Bila P dirubah menjadi ½ P maka:
Mmaks = ( )22 .4.348.
aLaP
- ................................................................................. 2.19
Besarnya lendutan maksimum yang boleh terjadi di syaratkan sebesar
1/300 ℓ untuk konstruksi terlindung dan 1/400 ℓ untuk konstruksi yang tidak
terlindung serta 1/200 ℓ untuk konstruksi kuda-kuda (LPMB 1961:17).
Cacat maksimum untuk setiap kelas mutu kayu tergantung kelas mutu
kayunya.
Adapun kelas mutu kayu ada tiga yaitu kelas mutu A, kelas mutu B dan
kelas mutu C. (SNI, 2002).
c. Kuat Lentur
Menurut Haygreen dan Bowyer, 1989 kuat lentur merupakan sifat
kekuatan dengan mengetahui kuat lentur dari suatu gelagar dapat ditentukan beban
yang dapat dipikul oleh gelagar tersebut.
Dumanauw, 1990 menyebutkan bahwa kuat lentur adalah kekuatan untuk
menahan gaya-gaya yang berusaha melengkungkan kayu atau untuk menahan
beban-beban mati maupun hidup selain beban pukulan yang harus dipikul oleh
kayu tersebut.
Beban yang diberikan pada gelagar atarr balok tersebut merupakan beban
bertahap secara kontinyu, sehingga mencapai maksimum. pada seat maksimum
itulah terjadi patah pada gelagar. Pada pengujian tersebut herat baloll kayu atau
gelagar dimasukkan dalarn perhitungan sebagai bc-rat sendiri balok atau faktor q.
24
Untuk mencari besarnya kuat lentur perlu diperhatikan momen saat
pembebanan. Gambar 2.7 berikut menggambarkan bidang geser dan bidang
momen yang terjadi pada saat pembebanan.
Dari Gambar 2.7 terlihat bahwa momen mencapai maksimum pada tengah
bentang, kuat lentur yang dicari merupakan kuat lentur yang terjadi pada momen
maksimum, sehingga persamaan yang digunakan adalah
Kuat Lentur (Fb) = t
s
t I
ap
Lqy
IyM
÷øö
çèæ +
= 2.
81
.2
( kg/cm2 ) ................................. 2.20
Dengan:
P = beban maksimum (kg)
Ls =jarak tumpuan (cm)
q = berat sendiri sampel (kg/cm)
a = jarak l/3 L
M = momen maksimum (kg.cm)
It = momen inersia total penampang (cm4)
y = ordinat titik berat (cm)
Pola retak pada pengujian keteguhan lentur statik.
d. Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas merupakan sifat elastis kayu yang penting sebagai
ukuran ketahanan terhadap perpanjangan apabila kayu mengalami tarikan, atau
pemendekan apabila kayu mengalami tekanan selama pembebanan berlangsung
dengan kecepatan pembebanan konstan. Dalam hal ini yang menjadi tolak ukur
adalah besaran modulus elastisitas.
25
defleksi maksimum terjadi di tengah bentang dan untuk mencari modulus
elastisitas berdasarkan defleksi maksimum, sehingga modulus elastisitas dapat
dicari menggunakan Persamaan 2.21.
Modulus Elastisitas (E) = ( )dd t
ss
t I
qLaL
I
aP
384
543
24
.2
422 +-
÷øö
çèæ
(kg/cm2) ................. 2.21
Dengan P = beban maksimum (kg)
Ls = jarak tumpuan (cm)
q = berat sendiri sampel (kg/m)
It = momen inersia total penampang (cm4)
d = defleksi balok (cm)
a = jarak l/3 L
Perhitungan modulus elastisitas juga dapat dilakukan dengan
menggunakan rumus empiris. Perhitungan modulus elastisitas lentur estimasi kuat
acuan (Ew) ditentukan dengan Persamaan 2.22-2.25 sebagai berikut:
Ew = 16000 G0,7 Mpa ....................................................................................... 2.22 Dimana :
G = berat jenis pada kadar air 15 % = ( )b
b
G
G
33,1,01- ..................................... 2.23
Gb = berat jenis dasar = ( )m
b
G
G
a265,011+........................................................ 2.24
a = ( )
3030 m-
................................................................................................... 2.25
m = % kadar air
D. FRP DAN PEREKAT YANG DIGUNAKAN
26
FRP yang digunakan adalah Plat Carbodur S 512 dari Sika yang merupakan
struktur fiber karbon tenun untuk penguat struktur, dengan lebar 5 cm dan tebal
1,2mm dan E > 165.000 N/mm2.
Kegunaannya antara lain menguatkan struktur beton yang diperkuat,
brickwork dan kayu pada kasus beban flexural dan shear.
Karakteristik / kelebihan dari Plat Carbodur S 512 dari Sika antara lain:
a. Dibuat dengan fiber tenun untuk menjaga struktur
b. Penggunaan multifungsi untuk setiap jenis persyaratan penguatan.
c. Berat jenis yang rendah untuk bobot tambahan minimal
Tabel 2. 3 : Tipe dan Ukuran FRP
Type Width
mm
Thickness
mm
Cross Sectional Area
mm
Sika Carbodur S512
S612
S812
S1012
S1212
S1512
S614
S914
50
60
80
100
120
150
60
90
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,4
1,4
60
72
96
120
144
180
84
126
27
S1214 120 1,4 168
Sumber : The Lates SIKA Teknology in Structural Strengthening with SIKA
CARBODUR Composite Strengthening System.
Tabel 2. 4 : Spesifikasi FRP
Colour Black
Base Carbon fiber reinforced
with an epoxy matrix
Surface Grinded on one side
Fiber volumetric content > 68 %
Shelf Life Unlimited (no exposure to
direct sunshine)
E- Modulus Linear Value > 165. 000 N/mm2
Tensile strength (min value) > 2.800 N/mm2
28
Mean value of tensile strength at break (mean value) > 3.050 N/mm2
E longation at break (min value) > 1,7 %
Density 1.59/cm3
Mechanical values obtained from longitudinal direction of fibres.
Sumber : The Lates SIKA Teknology in Structural Strengthening with SIKA
CARBODUR Composite Strengthening Systems.
Perekat yang digunakan adalah Sikadur 31 CF Normal yang merupakan dua
bagian Epoxsi Thiksotropis yang bebas solvent dan berdasarkan damar
pengisi/perekat.
1) Epoxy adhesive untuk perekat struktur
- Perekat epoxy untuk panel beton, besi, baja, aluminium, kayu, batu, granit,
marmer dan sebagainya.
- Perbaikan dan pengisi celah beton, retakan, lubang dan sebagainya.
- Pengisi dan perekat anker baut dan besi tulangan.
2) Daya rekat
- Kuat rekat pada beton kering (1 hari) : > 4 N/mm2
- Kuat rekat pada beton basah (1 hari) : > 4 N/mm2
- Kuat rekat pada baja (1 hari) : 6 – 10 N/mm2
3) Kekuatan mekanis sangat tinggi.
- Kuat tekan (1 hari pada suhu + 30oC) : 50 – 60 N/mm2
- Kuat tarik (1 hari pada suhu +30oC) : 9 – 15 N/mm2
4) Dapat diaplikasikan pada bidang vertikal dan langit – langit
Cara penggunaan (+ 10o C min / + 30o C max).
- Aduk komponen A dan B komposisi A : B = 2 : 1
29
- Tuang komponen B ke komponen A, aduk sampai rata
- Aplikasi dengan trovel
- Masa aktif dari waktu pengadukan sampai aplikasi (200 gr pada suhu +30o C). :
35 menit.
Adapun kegunaannya:
a. Damar pengisi untuk penguatan struktur Plat Carbodur S 512 dari Sika untuk
metode aplikasi kering
b. Damar primer untuk sistem aplikasi basah
c. Perekat bangunan untuk ikatan plat Sika® CarboDur® pada permukaan yang rata.
Karakteristik / kelebihan Sikadur 31 CF antara lain:
a. Campuran dan aplikasi yang mudah dengan kulir dan roller pengisi
b. Perilaku aplikasi yang baik pada permukaan vertikal maupun diatas kepala (langit-
langit)
c. Konsistensi dapat di pilih untuk aplikasi dengan kuas atau kulir
E. KAYU LAMINASI DAN KAYU KOMPOSIT
Kayu laminasi diperoleh dengan cara merekatkan papan-papan kayu. (Ali
Awaludin, 2005)
Menurut ASTM D 3737-92 ada dua jenis balok laminasi berdasarkan arah
kerja pembebanan yaitu balok laminasi horizontal yang didesain untuk menahan
beban lentur yang arahnya tegak lurus lebar permukaan papan lapisan, dan balok
laminasi vertikal yang didesain untuk menahan beban lentur yang arahnya sejajar
bidang lebar papan lapisan penyusun laminasi. Untuk memperkuat kayu bisa disusun
dan diberi perekat, paku (PKKI 1961 N1-5).
30
Menurut Suwarno Wiryomartono dalam bukunya konstruksi kayu jilid 1 tahun
1976, cara untuk menyusun balok kayu bisa dengan memberikan bentuk gigi pada
bidang balok-balok yang saling berhubungan atau ditempatkan pasak kayu atau kokot
diantara kedua balok tersebut.
Bentuk gigi, pasak kayu atau kokot tersebut dimaksudkan untuk mendukung
tegangan geser yang timbul didalam balok susun itu.
Adapun kayu komposit adalah kayu yang disusun dengan bahan lain misalnya
dengan baja atau lainnya (Gambar 2.10)
Menurut Gere dan Timoshenko dalam bukunya mekanika bahan. Balok –
balok komposit dapat dianalisa dengan teori lenturan yang dipergunakan untuk balok-
balok biasa, karena anggapan bahwa penampang-penampang yang berbentuk bidang
sebelum lenturan tetap berbentuk bidang setelah lenturan berlaku dalam keadaan
lentur murni tanpa menghiraukan bahannya.
Dari angapan ini maka regangan-regangan longitudinal ex berubah secara
linier dari bagian atas hingga alas balok.
Tegangan-tegangan normal σx yang bekerja pada penampang dapat diperoleh
dari regangan-regangan ex dengan mempergunakan hubungan tegangan regangan
untuk bahan.
Bila bahannya dianggap bersifat elastis-linier sehingga berlaku hukum Hooke
untuk tegangan uni aksial. Kemudian tegangan-tegangan dalam tiap-tiap bahan
diperoleh dengan mengalikan regangan-regangan dengan modulus elastisitas yang
sesuai. Dengan menunjukan modulus elastisitas dari bahan 1 dan 2 berturut-turut
dengan E1 dan E2, dan juga dengan menganggap bahwa E2>E1, maka diperoleh
31
diagram tegangan yang diperlihatkan dalam gambar 2.12. tegangan-tegangan normal
σx pada jarak y dari sumbu netral diberikan oleh persamaan-persamaan berikut:
σx1= -E1Ky σx2 = -E2Ky ................................... 2.26
dimana σx1 adalah tegangan dalam bahan 1 dan σx2 adalah tegangan dalam bahan 2.
Kedudukan dari sumbu netral dapat diperoleh dengan menggunakan persyaratan
bahwa gaya aksial yang bekerja pada penampang adalah nol; oleh karena itu,
∫1σx1dA+ ∫2 σx2dA = 0 ......................................... 2.27
dimana dimengerti bahwa integral pertama dihitung mengelilingi luas penampang
bahan 1 dan integral kedua dihitung mengelilingi luas penampang bahan 2 sehingga
didapat:
E1 ∫1 ydA + ∫2 ydA = 0 ......................................... 2.28
Hubungan antara momen lentur M dan tegangan-tegangan dalam balok dapat
diperoleh dengan prosedur-prosedur yang sama yang digunakan untuk memperoleh
rumus lentur. Penurunannya sebagai berikut:
M = ∫σxydA = ∫1 σx1dA + ∫2 σx2dA
= - kE1 ∫1 y2dA – kE2 ∫2 y
2dA
= - k(E1I1 + E2I2) ................................................. 2.29
di mana I1 dan I2 adalah berturut-turut momen-momen lembam terhadap sumbu netral
dari luas-luas penampang 1 dan 2. perhatikan bahwa I = I1 + I2 di mana I adalah
momen lembam dari seluruh luas penampang terhadap sumbu netral. Persamaan (2-
29) dapat dipecahkan untuk kelengkungan:
2211 EE1
IIm
pk
+-== ....................................... 2.30
32
Penyebut pada ruas sebelah kanan dapat dipandang sebagai ketegaran lentur
(Flexural Rigidity) dari balok komposit.
Tegangan-tegangan dalam balok sekarang diperoleh dengan mensubtitusikan
pernyataan untuk kelengkungan, kedalam pernyataan-pernyataan untuk σx1 dan σx2
2211
11 EE II
MyEx +=s
2211
22 EE II
MyEx +=s ................... 2.31
Pernyataan-pernyataan ini, yang dikenal sebagai rumus-rumus lentur untuk
sebuah balok komposit, berturut-turut memberikan tegangan-tegangan normal dalam
bahan 1 dan 2.
Dalam penelitian yang dilakukan oleh Dwi Hari Junaidy dan M. Bahruludin
Tri Nugroho, 2002 kayu lamina komposit antara kayu meranti dan kayu kruing
terhadap kuat tekan sebesar 374,275 Kg/cm2 dan kuat lentur 568,745 Kg/cm2 dengan
sampel dimensi 1,67 x 2,34 cm.
Menurut Nurtanto, Dwi, 2002. dalam penelitiannya yang berjudul Kontribusi
Kuat Lentur Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) Pada Balok Dengan
Pembebanan Statis mendapatkan hasil, balok dengan rasio tulangan minimum akan
mengalami peningkatan 56,604% untuk perkuatan CFRP 1 lapis, meningkat
103,745% untuk perkuatan CFRP 2 lapis.
Menurut Cahyo Baskoro Nuswantoro, 2007 dalam penelitiannya Komposit
Kayu Kruing Kayu Sengon Dan Bambu diperoleh prosentase kenaikan rata-rata beban
Pmaks dari balok komposit ke balok non komposit sebesar 199,063%. Penelitian ini
dilakukan dengan batasan-batasan balok kayu non komposit yang digunakan adalah
kayu sengon (kelas kuat 1V) dengan dimensi 4/8 dan 4/7 sedangkan balok komposit
yang digunakan kayu kruing (kelas kuat II) dengan variasi tinggi 1 dan 2 yang
33
diletakkan pada bagian atas balok kayu sengon dengan dimensi 5/5 dan bambu ori
dengan dimensi ¼ yang diletakkan pada bagian bawah balok kayu sengon.
Kayu komposit antara kayu kruing dengan seng mengalami peningkatan kuat
lenturnya sebesar 30,43% (Dyah Puspitasari, penelitian, 2007).
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Edy Purwanto, MT, menunjukkan
bahwa model balok beton bertulang yang terbakar sampai suhu 8000C selama 3 jam
akan terjadi retak-retak rambut sepanjang permukaan, merubah warna menjadi keabu-
abuan, menurunkan kuat tekan beton sampai 55,152 %, kekakuan sebesar 24,81%,
daktilitas sebesar 31,44 %, kuat lentur ultimit sebesar 13,12 % dan kuat geser ultimit
sebesar 13,12%. Setelah model diperkuat lentur dengan carbon fiber strips pada
bagian bawahnya maka kekakuannya akan meningkat sebesar 2,41 %, kuat lentur
ultimit naik sebesar 6,06 %, kuat geser ultimit sebesar 6,06 % sementara daktilitasnya
turun sebesar 18,01 %, terjadi pola keruntuhan geser yang bersifat getas. Setelah
model diperkuat lentur dengan carbon fiber strips pada sisi bawah dan perkuatan
geser dengan carbon wrapping 1 lapis melilit pada sisi bawah dan kedua badan balok
maka kekakuannya akan naik sebesar 8,04 %, kuat lentur ultimit sebesar 75,68 % dan
kuat geser ultimit sebesar 75,68%, sementara daksilitasnya turun sebesar 44,19 %,
keruntuhan yang terjadi adalah pola keruntuhan lentur yang bersifat dektail tetapi
terjadi debonding failure antara sisi beton dengan sisi carbon wrapping.
Blab dan Romani ( 1998-2000,20010 memaparkan bahwa pada balok kayu
laminasi yang diperkuat dengan FRP di bagian bawah balok laminasi akan ada
peningkatan kekuatan lentur balok.
34
Menurut Yohanes dan Lacroix (2000) memaparkan bahwa pada balok
laminasi yang diperkuat dengan GFRP dengan perekat epoxy dimana GFRP
dilekatkan ke sisi bagian bawah sepanjang bentang pada balok laminasi maka ada
peningkatan beban maksimum 40%-60% dan kekakuannya meningkat 22,5%-29,2%
dari balok laminasi yang tidak diperkuat dengan FRP.
Fiorelli at al (2003) menyelidiki balok kayu pinus karibea dengan
menggunakan ikatan FRP di bagian bawah balok laminasi GFRP ( 1% dari volume
balok kayu laminasi) dan CFRP ( 0,4 % dari volume balok kayu laminasi) yang
dipasang di bagian bawah balok laminasi yang digunakan untuk perkuatan balok,
maka balok akan meningkat kekakuan lendutnya 15%-30% kegagalan terjadi
penghancuran balok kayu.
Johnsson at al (2005) menyelidiki balok kayu cemara laminasi yang diperkuat
dengan CFRP di depan dan dibelakang pada lapisan bawah setelah balok laminasi
pertama dengan perekat epoxy dapat meningkatkan flektural antara 44%-63%.
Menurut Borri at al (2005) memaparkan bahwa balok laminasi yang diperkuat
dengan CFRP pada bagian bawah sepanjang bentang yang prategang akan
menghasilkan peningkatan beban maksimum 40%-60% dan kekakuannya meningkat
antara 22,5%-29,2% dari balok laminasi yang tidak diperkuat.
Susilo Edi (2008) pada penelitiannya yang berjudul Tinjauan Kekuatan Balok
Komposit Kayu Beton Dengan Perkuatan Baja Tulangan dimana kayu yang
digunakan adalah kayu Mahoni dan benda uji terdiri dari 5 variasi balok utuh dengan
perkuatan baja tulangan diameter 8 mm, balok utuh dengan perkuatan baja tulangan
12 mm balok uji komposit kayu utuh dan pelat beton dengan perkuatan baja tulangan
diameter 8 mm, balok uji komposit kayu utuh dan pelat beton dengan perkuatan baja
35
tulangan diameter 12 mm dan balok uji komposit kayu utuh dan pelat beton tanpa
perkuatan baja tulangan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa balok komposit kayu
utuh dan pelat beton dengan perkuatan baja tulangan diameter 8 mm, balok komposit
kayu utuh dan pelat beton dengan perkuatan baja tulangan diameter 12 mm dan balok
komposit kayu utuh dan pelat beton tanpa perkuatan baja tulangan mempunyai
lendutan yang hamper sama. Pada uji dan berat jenis kadar air didapat berat jenis kayu
Mahoni 0,619 g/cm3, maka kayu termasuk kelas kuat II menurut PKKI 1961. Pada uji
kuat tarik baja menurut PBI diketahui baja diameter 8 mm termasuk baja kers (U48)
sedangkan baja diameter 12 mm termasuk baja sedang (U32) perencanaan adukan
beton 1 : 2 : 3. Diantara lima variasi benda uji balok komposit perkuatan baja
diameter 8 mm adalah yang paling kaku. Dalam menahan beban maksimum balok
komposit perkuatan baja diameter 12 mm yang paling tinggi. Tegangan lentur yang
terjadi pada balok kayu utuh dengan perkuatan baja tulangan lebih tinggi
dibandingkan dengan balok komposit kayu beton dengan perkuatan baja tulangan.
Menurut Widodo, Joko Puji (2008) pada penelitiannya yang berjudul Tinjauan
Kekuatan Lentur Balok Susun Komposit Kayu Beton Dengan Perkuatan Baja
Tulangan memaparkan bahwa penelitiannya memakai kayu mahoni, benda uji terdiri
dari dua variasi yaitu balok susun komposit kayu beton dengan perkuatan baja
tulangan diameter 8 mm dan balok susun komposit kayu beton dengan perkuatan baja
tulangan diameter 12 mm. diantara dua variasi benda uji, balok susun komposit balok
kayu beton dengan perkuatan baja tulangan diameter 12 mm adalah yang paling kaku
besarnya perbandingan kekakuan batang balok susun komposit kayu beton adalah 1 :
0,729. Beban maksimal yang dapat ditahan balok susun komposit kayu beton dengan
perkuatan tulangan diameter 12 mm adalah paling besar, perbandingannya adalah 1 :
36
0,851. Tegangan lentur balok susun komposit kayu beton dengan perkuatan tulangan
diameter 12 mm lebih besar dibanding balok susun komposit kayu beton dengan
perkuatan tulangan diameter 8 mm, perbandingannya adalah 1 : 0,917.
40
BAB III
METODE PENELITIAN
A. TINJAUAN UMUM
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya peningkatan kuat lentur
tumpuan sederhana dengan Perkuatan FRP Sistem Perlekatan Luar dengan balok kayu
tanpa perkuatan. Adapun balok kayu yang digunakan ukuran 8/12. Kayu yang diuji
kayu kruing yang didapat di pasaran tanpa mengetahui umur kayu.
Pengujian yang dilakukan adalah uji kuat lentur balok dengan alat uji Loading
Frame. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah Metode Eksperimental
dan Metode Analisis yaitu dengan mengadakan percobaan secara langsung untuk
mendapatkan suatu data atau hasil yang menghubungkan antara variabel-variabel
yang diselidiki.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Bahan Fakultas Teknik UNS untuk
pengujian awal dan di Laboratorium Struktur Fakultas Teknik UNS untuk pengujian
kuat lentur balok.
Penelitian awal ini dilakukan untuk menentukan panjang kritis.
Adapun yang diuji adalah meliputi pengujian: Berat Jenis, kadar air, tegangan geser
sejajar serat, kuat lentur.
Adapun rumus yang digunakan ialah:
ts8
6 hL Lt
cr = dimana σLt = Tegangan lentur, h = tinggi balok, dan τ = Tegangan geser
balok.
41
Setelah mengetahui panjang kritis baru menentukan panjang FRP yang
digunakan, dan dilakukan pengujian kuat lentur untuk mengetahui besarnya perkuatan
FRP yang digunakan dengan skala penuh yaitu kayu 8/12.
B. BAHAN DAN ALAT PENELITIAN
Bahan penelitian yang digunakan adalah:
1. Balok kayu kruing ukuran 8x12x145 cm
2. Perkuatan kayu dipakai Fiber Reinforced Plastic (FRP) adalah Plat Carbodur S
512 dari Sika
3. Perekat yang digunakan adalah Sikadur 31 CF Normal dari Sika
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:
1. Mistar dan jangka sorong dengan ketelitian 0,05mm
2. Timbangan dengan ketelitian 0,1 gram
3. Oven dengan kapasitas 2000C, untuk menentukan berat kering oven benda uji
pada pengujian kadar air dan berat jenis kayu kruing.
4. UTM (Universal Testing Machine) merk Shimadzu, untuk pengujian kuat tarik,
kuat desak dan kuat geser kayu kruing.
5. Loading frame
Bentuk dasar Loading Frame adalah portal atau segiempat yang berdiri
diatas lantai beton dengan perantaraan plat dasar dari besi tebal 14 mm. Agar
Loading Frame tetap stabil, plat dasar dibaut ke lantai beton dan kedua
kolomnya dihubungkan oleh balok WF 450x200x9x14 mm. Posisi balok portal
42
dapat diatur untuk menyesuaikan dengan bentuk dan ukuran model yang akan
diuji dengan cara melepas sambungan baut. Alat ini digunakan dalam pengujian
utama yaitu pengujian kuat lentur balok kayu kruing.
6. Dial Gauge
Alat ini digunakan untuk mengukur besarnya penurunan yang terjadi.
7. Hydraulic Jack.
Alat ini digunakan untuk memberikan pembebanan pada pengujian kuat
lentur dan kuat geser balok berskala penuh dengan kapasitas maksimum 25 ton.
8. Load cell
Alat ini digunakan untuk mentransfer beban dari Hydroulic Jack ke
Tranducer. Kapasitas Load Cell yang digunakan adalah sebesar 50 ton.
9. Tranducer
Alat ini digunakan untuk pembacaan angka untuk tiap kenaikan pembebanan.
Adapun bahan yang digunakan untuk pengujian kuat lentur kayu kruing :
Tabel 3. 1 : Benda Uji Kuat Lentur
Jenis Kode Benda Uji Jumlah
BKU 1 Kayu Kruing tanpa perkuatan FRP
BKU 2
3
43
BKU 3
BKFS 1
BKFS 2 Kayu Kruing dengan perkuatan FRP Sebagian
BKFS 3
3
BKFP 1
BKFP 2 Kayu Kruing dengan perkuatan FRP Penuh
BKFP 3
3
FRP dan Perekat
C. TAHAP PENELITIAN
Tahap penelitian ini dibagi menjadi dua yaitu :
I. Uji pendahuluan / awal
II. Uji dengan skala penuh (balok 8/12)
I. Uji pendahuluan / awal
Pada uji ini dilakukan uji dengan skala kecil untuk berat jenis, kadar air,
tegangan geser dan kuat lentur, untuk mendapatkan panjang kritis t
s8
6 hL Lt
cr =
Dimana σLt = Tegangan lentur
τ = Tegangan geser // serat.
H = Tinggi balok = 12 cm (dimensi 8/12)
II. Pengujian Balok Kayu Kruing
Setelah mengetahui panjang kritis (Lcr) maka ditentukan panjang balok
(dari tumpuan ke tumpuan) pada Loading Frame.
Jarak tumpuan ini harus melebihi panjang kritis untuk mendapatkan lentur
44
dan geser bersamaan.
Balok kayu disiapkan yaitu balok kayu kruing ukuran 8/12 setelah itu
ditentukan panjang FRP yang akan digunakan dan menentukan letak FRP.
Pada penelitian ini panjang FRP yang digunakan ada dua yaitu 1/3 bentang
ditengah dan seluruh bentang.
Setelah material tersedia semua dilakukan uji laboratorium. Untuk lebih
jelasnya bisa dilihat bagan alir dibawah ini:
Pada uji balok kruing 8/12 dilakukan uji kadar air dahulu apakah memenuhi
syarat atau tidak.
45
Kadar air : m = %100)(
xWd
WdWg -
Berat jenis kayu pada kadar air m %
[ ] %100)100/1(1000
xWd
WdWgm
mGm
-=®
+=
r
r = VgWg
Wg = Berat benda uji awal (gram)
Wd = Berat benda uji setelah dioven (gram)
Vg = Volume kayu
r = Kerapatan kayu
Apabila kayu memenuhi syarat baru dilakukan uji kuat lentur dan modulus
elastisitas untuk balok kayu kruing.
Pada pengujian ini dilakukan beberapa tahap:
a). Tahap persiapan (tahap setting up alat)
b). Tahap pengujian
c). Tahap analisis data
Untuk lebih jelasnya bisa dilihat uraian dibawah ini.
a). Tahap persiapan (tahap setting up alat)
Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:
1. Menyesuaikan ketinggian Loading Frame dengan menggeser frame yang
melintang keatas atau kebawah sesuai ketinggian yang diinginkan.
2. Memasang perletakan sendi pada dasar frame yang jaraknya disesuaikan
dengan panjang balok.
46
3. Memasang Hydraulic Jack pada frame bagian atas dan menghadap kebawah.
4. Balok kayu yang akan diuji diletakkan diatas perletakan sendi.
5. Memasang pendistribusian beban melintang diatas balok dan disesuaikan
dengan jarak pendistribusian beban yang direncanakan.
6. Setelah balok dalam posisi seimbang dan stabil kemudian dipasang Load
Cell diantara Hidraulic Jack dan batang pendistribusian beban.
7. Memasang Deal Gauge dibagian atas balok uji dan jarum disetel pada posisi
angka nol.
8. Menghubungkan kabel Load Cell ke Tranducer.
9. Menghubungkan kabel power supply Tranducer ke trafo 110 volt.
10. Menghidupkan trafo sehingga pada alat Tranduser muncul angka.
11. Memompa Pressure Pump perlahan-lahan sehingga terbaca suatu angka pada
Tranducer.
b). Tahap Pengujian
Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai berikut.
1. Memberi beban pada balok dengan cara memompa Pressure Pump perlahan-
lahan disesuaikan dengan kenaikan angka pada Tranducer.
2. Mencatat setiap kenaikan angka pada Tranducer dan diberi nomor
pembebanan.
3. Mencatat besarnya penurunan balok yang ditunjukan oleh Dial Gauge untuk
setiap nomor pembebanan.
47
4. Melanjutkan penambahan beban hingga mencapai beban maksimum yaitu
ditandai dengan tidak bertambahnya angka pada Tranducer meskipun
pemompaan dilakukan.
5. Mencatat beban maksimum yang ditunjukan angka pada Tranducer.
6. Melanjutkan pembebanan hingga angka pada Tranducer mengalami dua atau
tiga kali penurunan dan menghentikan pembebanan.
Pembebanan yang akan dilakukan merupakan pembebanan bertahap yang
dicari berdasarkan besarnya kuat lentur dari penelitian yang sudah dilaksanakan yaitu
uji kuat lentur pada balok kayu kruing tanpa dilapisi FRP pada sisi bawah balok.
Ukuran balok kayu kruing 8/12 x 1,45 m, adapun panjang balok kayu kruing
dari tumpuan ke tumpuan 1,25 m.
Secara lebih sederhana pembebanan dapat dijelaskan pada gambar 3.11.
Rumus-rumus yang digunakan:
Kuat lentur (s) = It
aP
Ly
ItMy s ).
2q
81
( 2 += (Kg/cm2)
Modulus Elastisitas (E) = dd It
qLsaL
ItaP
s 3845
)43(48
. 422 +- (Kg/cm2)
Dimana P = Beban Maksimum (Kg) y = Ordinat titik berat (cm) = ½ h
Ls = Jarak Tumpuan (cm) a = Jarak P ke tumpuan = 41,6 cm
q = Berat Sendiri Sampel (Kg/m)
It = Momen Inersia Total Penampang (cm4)
d = Defleksi Balok (cm)
Perhitungan Modulus Elastisitas Lentur (Ew) dapat dilakukan dengan rumus Estimasi:
48
Ew = 16000 G 0,7 Mpa
Dimana :
G = Berat jenis pada kadar air 15%
( )GbGb
G133,01-
=
Gb = Berat jenis dasar ( )aGmGb
G265,01+
=
30)30( m
a-
=
Format Data Untuk Pengujian Modulus Elastisitas
Untuk perhitungan kuat lentur mendapat data pengujian yaitu beban (P).
Format data untuk pengujian Modulus Elastisitas
Untuk perhitungan Modulus Elastisitas mendapat data dari pengujian besar lendutan
atau (d) dan besarnya beban (P).
53
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Data-data yang diperoleh dari hasil pengujian kemudian dilakukan analisis data
untuk mengetahui besarnya beban dan tegangan saat terjadi patah dengan ketentuan
yang disyaratkan oleh SNI 3 tentang tata cara perencanaan konstruksi kayu Indonesia,
sehingga didapat hasil perhitungan sebagai berikut:
A. Untuk uji pendahuluan / awal.
- Hasil perhitungan data pengujian kadar air kayu kruing.
- Hasil perhitungan data pengujian berat jenis kayu kruing.
- Hasil perhitungan tegangan geser sejajar serat kayu kruing (τ//)
- Hasil perhitungan kuat lentur kayu kruing (sLt).
Untuk uji pendahuluan ini digunakakn untuk mengetahui penjang kritis (Lcr)
dimana kegagalan geser dan lentur terjadi.
B. Uji lentur balok Kayu Kruing.
- Hasil uji lentur balok kayu kruing.
- Hasil uji lentur balok kayu kruing dengan perkuatan FRP.
- Hasil uji modulus elastisitas kayu kruing.
- Hasil uji modulus elastisitas kayu kruing dengan perkuatan FRP
64
A. Uji Pendahuluan / Awal
a. Pengujian Kadar Air Dan Berat Jenis.
Tabel 4.1 : Pengujian kadar air dan berat jenis kayu kruing
Percobaan a
(cm)
B
(cm)
c
(cm)
Volume
cm3
Berat awal
(gr)
Berat setelah
dioven (gr)
1. 4,8 4,9 5 117,6 93 81
2. 4,9 4,6 5 116,3 93 83
3. 4,6 4,5 5,1 119,25 93 82
Rata-rata 117,72 93 82
Rumus
2.1 : Kadar air (m) = %4,13%10082
8293=´
-
a
b c
65
2.2 : Kerapatan kayu = r = 3/79000011772,0
093,0mKg=
2.3 : Berat jenis pada kadar m% = Gm
7,01134790
1004,1311000
790==
þýü
îíì ÷
øöç
èæ +
=Gm
2.4 : Berat jenis dasar kayu kruing = Gb
Gb= 4,61,17,0
7,030
4,1330265,01
==÷øö
çèæ -
+
Gm
2.6 : Berat jenis pada kadar air 15% = G
6,008,164,0
64,0.133,0164,0
==+
=G
b. Pengujian Tegangan Geser // Serat Kayu Kruing
66
Tabel 4.2 : Pengujian Tegangan Geser // Serat (t// = Fv)
Percobaan a (cm) b (cm) P (kg¦) A = a x b
cm 1. 5 3,6 1350 18
2. 5 4 1190 20
3. 5 3,7 1080 18,5
4. 5 4 1830 20
5. 5 3,5 1840 17,5
Rata-rata 5 3,76 1458 18,8
2// /55,77
8,181458
cmKgAp
Fv ====t
67
c. Pengujian Lentur
IyM
lt
.=s
M = ( ) 2
81
21
21
21.2
1 l-l-l qaPP +
3
½ P ½ P
23,3
3
23,3 23,3
P
l = 70
a
68
= ( ) 2
813,23352
1.41 l--l qPP +
= 2
81855.4
1 l-l qP,P +
= 2
818555,17 l- qP,P +
= 2
8165,11 lqP +
M = 2
81.2
1 lqaP +
I = 3
121 bh
69
Tabel 4.3 : Pengujian Lentur
Percobaan b (cm) h (cm) l (cm) P (KN) y= ½ h (cm) q KN/cm
1. 3,8 5,5 70 12,5 2,37
2. 4 6 70 12 3
3. 3,5 6 70 12 3
4. 3,6 6 70 11,9 3
5. 4 6 70 11,78 3
Rata-rata 3,78 5,9 70 12,036 2,95
0,000686
( )3
2
121
81.2
1
bh
yqaPLt
l+=s
( )
3
2
9,5.78,3.121
95,270.000686,0813,23.036,122
1 +=
= 6,431 KN/cm2
= 643,1 Kg/cm2
70
Panjang kritis balok = //
//
8
.6
ts h
Lcr Lt=
55,77.812.1,643.6
=
= 74,6cm
= 75 cm.
Setelah didapatkan Lcr atau panjang kritis baru ditentukan panjang balok atau jarak tumpuan sendi ke tumpuan roll. Bila Lcr =
75 cm., maka L harus lebih besar dari Lcr.
B. Uji Lentur Balok Kayu Kruing
Setelah didapat Lcr = 75 cm. maka ditentukan panjang balok Ls = 125 cm.
Sebelum balok diuji lentur, diuji dulu kadar air dan berat jenis kayu kruing.
Table 4.4 : Data Uji Kadar Air dan Berat Jenis.
71
Balok a (cm) b (cm) c (cm) V (cm3) Berat sebelum
dioven
Berat sesudah
dioven
1 5,1 5,3 5,15 139,29 106 94
2 5,2 5,2 5,4 146,02 109 97
3 5,45 5,2 5,1 144,53 108 96
4 5,4 5,4 5,3 154,54 115 103
5 5,2 5,2 5,1 137,904 104 93
Rata-rata 5,27 5,26 5,21 144,42 108,4 96,6
Kadar air (m) = %22,12%1006,96
6,964,108=
-x
Kerapatan kayu = r =33
751751,042,1444,108
mKg
cmgr
==
Berat jenis =
669,02,1122
751
10022,12
11000
751==
þýü
îíì
÷øö
çèæ +
=Gm
72
61,0105,1669,0
669,030
22,1230.265,01
6691,0==
÷øö
çèæ -+
=Gb
( ) 663,092,061,0
61,0.133,0161,0
133,01==
-=
-=
GbGb
G
Jadi berat jenis pada kadar air 15 % = 0,663.
a. Perhitungan Modulus Elastisitas, Beban dan Tegangan Ditinjau Secara Analitis
1. Modulus Elastisitas lentur (Ew)
Ew = 16.000 G0,7
= 16.000 . 0,6630,7
= 12.000
Jadi besarnya Ew (estimasi) = 12.000 Mpa = 120.000 Kg/cm2.
2. Perhitungan P maksimum (Estimasi)
b = 7,83 cm h = 11,3 cm Ls = 125 cm a = 41,6 cm y = ½ . 11,3 = 5,65 cm It = 1/12 bh3 = 83,32 cm4
73
M = ( )LLPLP 31
21
21
21.2
1 --
= ( )6415,6221125.4
1 ,-PP -
= 31,25.P – ½ P (20,9)
= 31,25.P – 10,45.P
= 20,8.P = ½ P.a
Bila s lentur kayu kruing pada uji pendahuluan 643,1 Kg/cm2.
s = tIyM .
643,1 = 32,83
65,5..8,20 P
P = 456 Kg
74
3. Perhitungan Tegangan Pada Balok Komposit (BKFP2)
E1 = Ew kayu = 120.000 kg/cm2. Menurut Ali Awaludin dalam bukunya konstruksi kayu modulus elastisitas lentur acuan dikalikan 0,8
= 120.000 x 0,8 = 96.000 kg/cm2, jadi Ew = 96.000 kg/cm2.
E2 = EFRP = 1650.000 kg/cm2
058,01650000
96000E
En
2
1 ===
Jadi lebar (b) kayu = 7,85 . 0,058 = 0,465 cm
Letak garis netral komposit terhadap sisi bawah.
cm3,587,5
036,053,305.0,1240,465.11,3
65.0,12.0,04.5,790,465.11,3y =
+=
++
=
skayu = 643,1 kg/cm2 (uji pendahuluan)
sFRP = 28000 kg/cm2.
F1 = ½ . skayu . 6,16.0,465 = ½ . 643,1 . 6,16. 0,465= 921,05 kg
F2 = ½ . sFRP . 5,18 . 0,465 = ½ . 643,1 . 5,18 . 0,465 = 774,52 kg
75
F3 = 0,12 . 5 . sFRP .0,465 = 0,12 . 5 . 28000 . 0,465 = 7812 kg
M = å F . y
= 921,05 . 4,11 + 774,52 . 3,45 + 7812 . 5,24
= 3785,52 + 2672,1 + 40934,9
M = 47392,52 kgcm
M = ½ P . a + 1/8 q . L2
= 20,8 P + 1/8 0,066 . 1252
M = 20,8 P + 128,91
sehingga 47392,52 = 20,8 P + 128,91
P = 2272,29 kg.
Jadi P maksimum untuk balok komposit = 2272,29 kg.
It = 1/12 . bh3 + F a2.
= 1/12 . 0,465 . 11,343 + 0,465 . 11,34 . 0,492 + 1/12 . 5 . 0,123 + 5 . 0,12 . 5,242
= 74,26 cm4.
76
Tegangan-tegangan dalam tampang transformasi :
Pada bagian atas : 26,74
)616.(52,47342It
My -==s
s = -3931,3 kg/cm2.
Pada bagian sambungan : 26,74
18,5.52,47342It
My==s
s = 3305,9 kg/cm2
Pada bagian bawah : 26,74
3,5.52,47342It
My==s
s =3382,5 kg/cm2
Untuk memperoleh tegangan-tegangan dalam balok semula maka tegangan-tegangan dalam bahan I dikalikan n. jadi pada bagian atas
= 3431,3 . 0,058 = 228 kg/cm2.
Pada sambungan = 3305,9 . 0,058 = 191,74 kg/cm2.
Perhitungan balok komposit batas proporsional.
77
str// = 862,7 kg/cm2 (lampiran K)
ε = str// / E = 862,7 / 96000 = 0,009
sFRP = 0,009 x 28000 = 252 kg/cm2
F1 = 921,05 kg , F2 = 774,52 kg , F3 = 0,12 x 5 x 2,52 = 1260 kg
M = Σ F . Y = 921,05 . 4,11 + 774,52 . 3,45 + 1260 . 5,24 = 13060,01 kgcm
M = 20,8 P + 1/8 q.l2 13060,01 = 20,8 P + 128,911
P = 621,687 kg ( Pmax untuk balok komposit proporsional)
It = 74,26 cm4
Tegangan dalam tampang transformasi :
Pada bagian atas = s = M.y / It =13060,01 . (-6,16) / 74,26 = - 1083,35 kg/cm2
Pada bagian sambungan = s = 13060,01 . 518 / 74,26 = 918,94 kg/cm2
Pada bagian bawah = s = 13060,01 . 5,3 / 74,26 = 932,1841 kg/cm2
78
4. Perhitungan Hubungan Antara Luas FRP dan Luas Kayu Dengan Beban
Tabel 4.5 : Balok BKFS untuk FRP sepertiga bentang ditengah
BKFS A FRP (cm2) A Kayu (cm2) )()(cmKayu A )(cm FRPA
2
2
x
Beban
Proporsional
Kg (P)
1 5 x 41,6 = 208 7,78 x 125 = 972,5 0,214 5600
2 5 x 41,6 = 208 7,34 x 125 = 917,5 0,227 5800
3 5 x 41,6 = 208 7,5 x 125 = 937,5 0,22 5500
Rata – rata 0,221 5633,3
Tabel 4.6 : Balok BKFP untuk FRP sepanjang bentang.
BKFP A FRP (cm2) A Kayu (cm2) )()(cmKayu A )(cm FRPA
2
2
x
Beban
Proporsional
Kg (P)
79
1 5 x 125 = 625 7,2 x 125 = 900 0,69 7100
2 5 x 125 = 625 7,85 x 125 = 981,25 0,64 7200
3 5 x 125 = 625 7,22 x 125 = 902,5 0,693 7100
Rata – rata 0,674 7133,33
Tabel 4.7 : Data balok uji
balok b (cm) h (cm) L (cm) a (cm) berat (Kg) q = Berat/L Kg/cm Posisi keruntuhan lentur Pola Retak
BKU 1 7,83 11,30 145 41,6 9,95 0,06862069 1/3 bentang ditengah Miring BKU 2 7,88 11,10 145 41,6 9,95 0,06862069 1/3 bentang ditengah Miring
BKU 3 7,24 11,00 145 41,6 9,9 0,068275862 1/3 bentang ditengah Miring
BKFS 1 7,78 11,75 145 41,6 9,95 0,06862069 1/3 bentang ditengah Miring
BKFS 2 7,34 11,22 145 41,6 9,9 0,068275862 1/3 bentang ditengah Miring
BKFS 3 7,5 10,93 145 41,6 9,2 0,063448276 1/3 bentang ditengah Miring
BKFP 1 7,2 11,36 145 41,6 9,65 0,066551724 1/3 bentang ditengah Miring
BKFP 2 7,85 11,34 145 41,6 9,55 0,065862069 1/3 bentang ditengah Miring
BKFP 3 7,22 11,63 145 41,6 9,6 0,066206897 1/3 bentang ditengah Miring
Keterangan :
BKU : Balok kruing tanpa perkuatan
80
BKFS : Balok kruing dengan perkuatan FRP di 1/3 bentang ditengah
BKFP : Balok kruing dengan perkuatan FRP sepanjang bentang.
Untuk menghitung besarnya kuat lentur maka ditentukan dulu letak batas proporsionalnya.
65
Dari grafik 4.2 didapat batas proporsionalnya (batas kenyal)
BKU 1 : P = 5600 Kg dan d : 21,05 mm
BKU 2 : P = 5300 Kg dan d : 23,25 mm
BKU 3 : P = 5700 Kg dan d : 26,80 mm
P rata-rata = 5533 Kg
Dari grafik 4.3 didapat batas proporsionalnya (batas kenyal)
BKFS 1 : P = 5600 Kg dan d : 19,05 mm
BKFS 2 : P = 5800 Kg dan d : 24,7 mm
BKFS 3 : P = 5500 Kg dan d : 25,1 mm
P rata-rata = 5633,33 Kg
Dari grafik 4. 4 didapat batas proporsionalnya (batas kenyal)
BKFP 1 : P = 7100 Kg dan d : 29,2 mm
BKFP 2 : P = 7200 Kg dan d : 28 mm
BKFP 3 : P = 7100 Kg dan d : 23,87 mm
P rata-rata = 7133,33 Kg
Perhitungan kuat lentur balok kayu kruing dengan persamaan :
Kuat Lentur (Fb) = It
yaP
L
ItMy s ÷
øö
çèæ +
= 2q.
81 2
Dengan y = Ordinat titik berat = ½ h
(mm)
(mm)
66
Ls = Panjang balok = 125 cm
q = Berat sendiri balok
a = Jarak P ketumpuan = 41,6 cm
It = Momen inersia = 1/12 bh3.
P = Beban maksimum.
Fb (BKU1) = It
yM .
= 3
22
3,11.83,7.121
6,412
5600125.0686,0.8
165,528
1 ÷øö
çèæ +
=÷øö
çèæ +
It
yaP
qLs
= ( )
5,941658869,010
5,94165,5116480984,133
=+
Fb (BKU1) = 699,81 Kg/cm2
Untuk selanjutnya bisa dilihat di tabel 4.8
72
Table 4.8 : Kuat Lentur Balok Kruing Tanpa Perkuatan FRP
balok q
(Kg/cm)
Ls2
(Cm2)
P maks
(Kg)
a
(cm)
b
(cm)
h
(cm)
y
(cm)
It
(cm4)
Fb
(Kg/cm2)
Fb rata-rata
(Kg/cm2)
BKU 1 0,068621 15625 5600 41,60 7,83 11,30 5,65 941,50 699,81
BKU 2 0,068621 15625 5400 41,60 7,88 11,10 5,55 896,10 696,48
BKU 3 0,068276 15625 5600 41,60 7,24 11,00 5,50 803,10 798,62
731,64
73
Table 4.9 : Kuat Lentur Balok Kruing Dengan Perkuatan FRP 1/3 Bentang Ditengah
balok q
(Kg/cm)
Ls2
(Cm2)
P
maks
(Kg)
a
(cm)
b
(cm)
h
(cm)
y
(cm)
It
(cm4)
Fb
(Kg/cm2)
Fb rata-rata
(Kg/cm2)
BKFS 1 0,068621 15625 5600 41,60 7,78 11,75 5,88 1051,75 651,40
BKFS 2 0,068276 15625 5800 41,60 7,34 11,22 5,61 863,96 784,22
BKFS 3 0,063448 15625 5500 41,60 7,50 10,93 5,47 816,10 766,91
734,18
74
Table 4.10 : Kuat Lentur Balok Kruing Dengan Perkuatan FRP Sepanjang Bentang
Balok q
(Kg/cm)
Ls2
(Cm2)
P maks
(Kg)
a
(cm)
b
(cm)
h
(cm)
y
(cm)
It
(cm4)
Fb
(Kg/cm2)
Fb rata-rata
(Kg/cm2)
BKFP 1 0,066552 15625 7100 41,60 7,20 11,36 5,68 916,25 916,30
BKFP 2 0,065862 15625 7200 41,60 7,85 11,34 5,67 953,95 890,89
BKFP 3 0,066207 15625 7100 41,60 7,22 11,63 5,82 946,50 908,09
905,10
75
Kuat Lentur Balok Kruing
643,1731,64 734,18
905,1
0
200
400
600
800
1000
Benda Uji
Fb
(Kg
/cm
2 )
Analisis Uji Lab (BKU) Uji Lab (BKFS) Uji Lab (BKFP)
Grafik 4.6 : Diagram Peningkatan Kapasitas Lentur
76
Perhitungan Modulus Elastisitas
Dipakai rumus 3.6 : E = ( ) ÷÷ø
öççè
æ+-
dd ..384
.q.543
..48. 4
22
It
LaL
ItaP s
s Kg/cm2
Untuk BKU 1 :
E = ( ) ÷ø
öçè
æ +-105,2.5,941.384
244140625.0686,0.524,692215625.3
105,2.5,941.486,41.5600
= ÷øö
çèæ +
761033383765490
76,39952448881,2
E = 98109,102 Kg/ cm2
Untuk selanjutnya bisa dilihat pada tabel 4.11.
77
Tabel 4.11 : Perhitungan Modulus Elastisitas Balok Kruing Tanpa Perkuatan FRP
balok P
maks a a 2 (cm) Ls2
4a 2
(cm4) q Kg/cm Ls4
It
(cm4)
d
(cm)
E
Kg/cm2
E rata-rata
Kg/cm2
BKU 1 5600 41,60 1730,56 15625 6922,24 0,06862069 244140625 941,50 2,105 98109,102
BKU 2 5500 41,60 1730,56 15625 6922,24 0,06862069 244140625 896,10 2,325 89980,799
BKU 3 5700 41,60 1730,56 15625 6922,24 0,068275862 244140625 803,10 2,68 90318,617
92802,84
78
Tabel 4.12 : Perhitungan Modulus Elastisitas Balok Kruing Dengan Perkuatan FRP 1/3 Bentang Ditengah
balok P
maks a a 2 (cm) Ls2
4a 2
(cm4) q Kg/cm Ls4
It
(cm4)
d
(cm)
E
Kg/cm2
E rata-rata
Kg/cm2
BKFS 1 5600 41,60 1730,56 15625 6922,24 0,06862069 244140625 1051,75 1,905 97042,345
BKFS 2 5800 41,60 1730,56 15625 6922,24 0,068275862 244140625 863,96 2,47 94349,688
BKFS 3 5500 41,60 1730,56 15625 6922,24 0,063448276 244140625 816,10 2,51 93199,479
94863,84
79
Tabel 4.13 : Perhitungan Modulus Elastisitas Balok Kruing Dengan Perkuatan FRP Sepanjang Bentang
balok P
maks a a 2 (cm) Ls2
4a 2
(cm4) q Kg/cm Ls4
It
(cm4)
d
(cm)
E
Kg/cm2
E rata-rata
Kg/cm2
BKFP 1 7100 41,60 1730,56 15625 6922,24 0,066551724 244140625 916,25 2,92 92070,204
BKFP 2 7200 41,60 1730,56 15625 6922,24 0,065862069 244140625 953,95 2,8 93518,806
BKFP 3 7100 41,60 1730,56 15625 6922,24 0,066206897 244140625 946,50 2,387 109067,569
98218,86
80
Perubahan Modulus Elastisitas
96000
92802,84
94863,84
98218,86
90000
92000
94000
96000
98000
100000
Benda Uji
E (k
g/c
m2 )
Analisis Uji Lab (BKU) Uji Lab (BKFS) Uji Lab (BKFP)
Grafik 4.7 : Diagram Peningkatan Modulus Elastisitas
Dari pengujian secara eksperimen terhadap 9 buah balok kayu kruing pada
pengujian lentur dan Modulus Elastisitas, dapat dicatat hal-hal sebagai berkut:
1. Pola retak balok kruing baik tanpa perkuatan dan dengan perkuatan sesuai yang
diharapkan, dimana untuk pengujian lentur retak terjadi di sepertiga bentang ditengah.
Berarti disain sampel yang memperhitungkan rasio kapasitas lentur pada penelitian
berhasil.
Pada penentuan panjang balok lebih besar dari panjang kritis (Lcr) berhasil, karena
pada perhitungan panjang kritis diharapkan retak geser dan retak lentur bersamaan
dan terjadi di sepertiga tengah bentang
2. Keruntuhan untuk balok kayu kruing dengan perkuatan FRP di dahului oleh retak
pada kayu yang dilanjutkan dengan pengelupasan lapisan kayu yang menempel pada
81
FRP sehingga menunjukkan bahwa sifat kayu apabila seratnya sudah putus (rusak)
sudah tidak bisa menahan beban walaupun FRP masih utuh.
Bisa dilihat pada balok kruing dengan perkuatan sepertiga bentang ditengah,
keruntuhan dimulai pada tepi kayu yang tidak ada perkuatannya.
Pada balok kayu kruing dengan perkuatan penuh sepanjang bentang, retak terjadi
pada balok kayu diatas perkuatan FRP.
3. Modulus elastisitas pada balok kayu kruing tanpa perkuatan lebih besar dari balok
kayu kruing dengan perkuatan, yaitu E (BKU) = 92802,84 Kg/cm2, E (BKFS) =
94863,84 Kg/cm2 dan E (BKFP) = 98218,86 Kg/cm2. disini menunjukkan bahwa
balok kayu kruing tanpa perkuatan lebih elastis dari pada balok kayu kruing dengan
perkuatan FRP.
Sehingga didapatkan bahwa FRP hanya baik untuk perkuatan tetapi untuk
keelastisitasannya balok kayu kruing tersebut akan berkurang atau balok tersebut
lebih kaku.
4. Balok kayu kruing dengan perkuatan FRP penuh atau sepanjang bentang,
memberikan peningkatan kapasitas lentur lebih besar dari ada balok kayu kruing
dengan perkuatan sepertiga bentang ditengah, yaitu Fb (BKU) : 731,64 Kg/cm2,
Fb (BKFS) : 734,18 Kg/cm2 dan Fb (BKFP) : 905,10 Kg/cm2.
Ini menunjukan bahwa bila pada perkuatan balok kayu bila menghendaki hasil yang
optimal maka perkuatan harus dari tumpuan ke tumpuan.
82
5. Balok kayu kruing dengan FRP penuh atau sepanjang bentang memberikan
peningkatan defleksi lentur dari balok kayu kruing tanpa perkuatan, pada
pembebanan P = 5500 Kg, defleksinya untuk BKU = 2,235 cm, BKFS = 2,2 cm,
BKFP = 1,79 cm.
Ini menunjukan bahwa bila pada perkuatan balok kayu bila menghendaki hasil yang
optimal maka perkuatan harus dari tumpuan ke tumpuan.
83
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan untuk menjawab
tujuan penelitian yaitu :
Karateristik sifat mekanik kayu kruing tanpa perkuatan atau FRP (BKU) dengan FRP 1/3
bentang ditengah (BKFS) dan dengan FRP sepanjang bentang (BKFP):
a. Modulus Elastisitas (Ew) didapatkan modulus elastisitas estimasi (Ew) = 96.000
kg/cm2. modulus elastisitas untuk hasil pengujian yaitu BKU : 92802,80 kg/cm2,
BKFS : 94863,84 kg/cm2, dan BKFP : 98218,86 kg/cm2.
Disini bisa dilihat bahwa tingkat keelastisitasannya untuk balok yang diperkuat
dengan FRP rendah, yaitu sebesar BKFS : 2,22% dan BKFP : 5,84% dari BKU.
b. Untuk beban maksimum (P ), dari hasil perhitungan didapat P maksimum (analisis) :
456 Kg. Tetapi untuk hasil pengujian di Laboratorium didapat P(BKU) : 5533 Kg, P
untuk balok komposit (analisis) = 2272,9 kg, P (BKFS) : 5633,33 Kg, dan P (BKFP) :
7133,33 Kg,. Sehingga ada kenaikan beban dari balok kayu kruing yang tidak
diperkuat dengan yang diperkuat FRP. Yaitu untuk BKFS : 1,81 % dan BKFP : 28,92
% dari BKU.
Dari hasil perhitungan didapatkan hasil yang lebih kecil dari hasil pengujian sehingga
terlihat bahwa hasil perhitungan lebih kecil dari hasil uji laboratorium sehingga
pengujian berhasil.
c. Untuk kuat lentur didapat hasil dari pengujian laboratorium BKU : 731,64 Kg/cm2,
84
d. BKFS : 734,18 Kg/cm2, dan BKFP : 905,1 Kg/cm2, sehingga ada kenaikan kuat lentur
dari balok kayu kruing yang tidak diperkuat dengan yang diperkuat FRP yaitu untuk
BKFS : 0,35% dan BKFP : 23,71% dari BKU,
e. Untuk defleksi lentur pada pengujian didapat P = 5500 Kg, defleksinya untuk BKU =
2,235 cm, BKFS = 2,2 cm, BKFP = 1,79 cm. Sehingga ada kenaikan untuk BKFS =
1,6 % dan untuk BKFP = 19,9 %.
Ini menunjukan bahwa bila pada perkuatan balok kayu bila menghendaki hasil yang
optimal maka perkuatan harus dari tumpuan ke tumpuan.
B. Saran
Berdasarkan hasil penelitian yang ada maka perlu adanya penelitian lanjutan
untuk melengkapi dan mengembangkan terus penelitian ini.
Adapun saran-saran yang dapat diberikan untuk penelitian-penelitian selanjutnya
adalah :
a. Untuk penelitian lebih lanjut FRP yang digunakan lebarnya sama dengan ;lebar balok
kayu yang digunakan dan dipasang dibawah balok lebih dari 1/3 bentang ditengah.
b. FRP yang digunakan dipasang diantara atau disisipkan diantara kayu (kayu laminasi)
c. Perkuatan yang dipakai baja atau almunium yang dipasang dibawah balok.
d. Perkuatan yang dipakai baja atau almunium yang disisipkan diantara balok kayu atau
kayu laminasi.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 1961. Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia NI-5 1961. Jakarta : Yayasan Dana Normalisasi Indonesia.
Anonim. 2002. Standar Nasional Indonesia Tata Cara Perencanaan Konstruksi
Kayu Indonesia. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional. Awaludin Ali dkk. 2005. Konstruksi Kayu. Yogyakarta : Teknik Sipil
Universitas Gadjah Mada. Borri et al. (2005) bonded CFRP (epoxy) sheets with different density in the tension area
of timber beams. Cahyo baskoro Nuswantoro, 2007. Komposit Kayu Kruing Kayu Sengon dan
Bambu, Penelitian Dyah Puspita Sari, 2007. Kayu Komposit Antara Kayu Kruing dengan Seng,
Penelitian Dwinanda Septiadhi. 2004. Tinjauan Perancangan Balok Susun Kayu Menurut
Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia. TA. Yoyakarta : Fakultas Teknik Sipil UGM.
E. P. Popov, Zainul Astamar. 1991. Mekanika Teknik. Jakarta : Erlangga. Fiorelli et al. 2003. Reinforced Pinus Caribea Timber Beams By Using External Bonding
Of FRP Sheets On Their Tension Sides. Gere dan Timoshenko. Mekanika Bahan Jilid 1. Jakarta : Erlangga. Johnsson et al. 2005 The Strengthening Of Spruce Glulam Beams With CFRP Rods
(Rectangular Cross Section, 10*10 Mm). Lopez-Anido and Xu. 2002. studied, as Dagher et al. 1996, The Reinforcement Of
Eastern Hemlock Glulam Mulyati. 2005. Pengaruh Jenis Sambungan Terhadap Keruntuhan Lentur Balok
Laminasi Galar Bambu Petung. Tesis. Yogyakarta : Pasca Sarjana UGM. Morisco. 1991. Batang Struktur Komposit Kayu dan Metal. Yogyakarta : PAV
UGM.
Nurtanto, Dwi, 2002. Kontribusi Kuat Lentur CFRP Pada Balok Dengan Pembebanan Statis, Penelitian.
Rochadi Tri dkk. 1996. Pengujian Bahan Bangunan 2. Bandung : Pusat
Pengembangan Pendidikan Politeknik Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.
Susilo Edy. 2008. Tinjauan Kekuatan Balok Komposit Kayu Beton Dengan
Perkuatan Baja Tulangan. Penelitian. Svecova and Eden 2004. Reinforced Douglas Fir Timbers From A Bridge With GFRP
Bars. Widodo, Joko Puji. 2008. Tinjauan Kekuatan Lentur Balok Susun Komposit
Kayu Beton Dengan Perkuatan Baja Tulangan. Penelitian Wiryomartono Suwarno. 1976. Konstruksi Kayu. Yogyakarta : Fakultas Teknik
Universitas Gadjah Mada.