45
Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

[BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

  • Upload
    others

  • View
    18

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

[BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Page 2: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Pendahuluan [Introduction]

Sifat mekanis kayu adalah sifat yang berhubungan dengan ukuran kemampuan kayu untuk menahan gaya luar yang bekerja padanya (membebani kayu tersebut)

Gaya luar merupakan gaya yang datang dari luar benda, bekerja (membebani) pada benda tersebut dan cenderung merubah ukuran dan benda tersebut

Perubahan bentuk benda dapat terjadi antara lain karena :

akibat adanya gaya luar (beban)

akibat adanya gaya dalam yang bekerja pada seluruh bagian benda (perubahan kadar air)

pemuaian benda karena pengaruh suhu

Page 3: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Gaya luar (beban) atau gaya aksi, biasa dikenal sebagai external force.

Tegangan (stress) adalah suatu gaya yang tersebar dan bekerja bersamaan di dalam suatu benda untuk melawan beban (gaya luar) yang bekerja pada benda tersebut.

Tegangan dalam benda atau gaya reaksi biasa dikenal dengan internal stress.

Tegangan dalam sifatnya melawan gaya luar, supaya terjadi keseimbangan dalam benda tersebut (tidak akan ada tegangan kalau tidak ada beban)

Page 4: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Benda yang dibebani akan mengalami tegangan dan perubahan bentuk :

Bila bekerja beban tarik, benda akan mengalami tegangan tarik dan terjadi perpanjangan

Bila bekerja beban tekan, benda akan mengalami tegangan dan terjadi perpendekan.

Bila bekerja benda geser, benda akan mengalami tegangan geser dan terjadi geseran

Bila bekerja beban lentur, benda akan mengalami tegangan lentur dan terjadi lenturan.

Page 5: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Besarnya perubahan bentuk selaras dengan besarnya beban yang terjadi.

Pada awalnya perubahan bentuk yang terjadi ini bersifat sementara, artinya bila beban dihilangkan benda akan kembali ke bentuk semula sampai suatu batas tertentu (batas proporsi). Pada daerah ini benda masih bersifat elastis

Apabila melewati batas tersebut, benda akan mengalami perubahan bentuk yang tetap (plastis)

Pada titik beban maksimum, beban maksimum atau kekuatan maksimum, material mulai luluh/runtuh dan akan patah kecuali beban berkurang secara substansial

Page 6: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Hubungan tegangan-regangan dibawah batas proporsi

dinyatakan dalam HUKUM HOOKE

𝑆(𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛/𝑠𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠) = 𝐸(𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑢𝑠 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠) 𝑥 𝑅(𝑅𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛/𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛)

𝑆 = 𝑃 (𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑒𝑘𝑒𝑟𝑗𝑎)

𝐴 (𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔)

𝑅 = Δ𝑙 (𝑅𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙)

𝑙 (𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑎𝑤𝑎𝑙)

𝐸 = 𝑃 𝑙

𝐴 Δ𝑙

sehingga:

Page 7: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU
Page 8: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Sifat elastis dan plastis kayu tidak seragam pada ketiga sumbu simetrisnya (tangensial, radial, dan longitudinal). Ingat sifat anisotropi, khususnya pada kayu bersifat orthotropi

Property values in the longitudinal axis are generally significantly higher than those in the tangential or radial axes.

Illustration of a typical stress-strain

curves for Norway spruce wood under

tangential, radial and longitudinal

compression.

Page 9: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Tekan Sejajar Serat [Compression ║] Ketika beban kompresi diterapkan

sejajar dengan serat, ini menghasilkan tegangan yang merusak (memperpendek) sel kayu di sepanjang sumbu longitudinalnya.

Ketika kayu ditekan dalam kompresi sejajar dengan serat, kegagalan awalnya dimulai saat mikrofibril mulai melipat di dalam dinding sel, sehingga menciptakan bidang kelemahan atau ketidakstabilan di dalam dinding sel.

Karena tekanan dalam kompresi sejajar dengan serat terus meningkat, sel kayu itu sendiri terlipat menjadi bentuk S. membentuk kerutan yang terlihat di permukaan.

Deformasi besar terjadi dari penghancuran internal struktur seluler yang kompleks.

Page 10: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Variasi bentuk kerusakan pada percobaan tekan sejajar serat (batang pendek) adalah sebagai berikut:

a) Crushing: Bidang patahan horizontal, hal ini terjadi bila ujung-ujung sampel biasanya lebih basah

b) Wedge Split: Kerusakan berupa gabungan geseran dan patahan

c) Shearing: Bidang patahan bersudut tajam dengan sudut tegak. Kerusakan ini umum terjadi

d) Splitting (belah): Terjadi pecahan arah vertikal karena ada pemisahan antar sel-sel. Terjadi pada kayu yang sangat kering

e) Compression and Shearing part to Grain: Pada sampel ada cross grain (cacat)

f) End Rolling or Brooming: Kerusakan pada permukaan contoh uji bagian atas atau bagian bawah. Hal ini akibat kesalah pembuatan contoh uji yang permukaannya tidak rata/sejajar dengan kepala beban atau tumpuan bawah

Page 11: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Tekan Tegak Lurus Serat [Compression ┴] Ketika beban kompresi

diterapkan tegak lurus terhadap serat, ini menghasilkan tegangan yang merusak bentuk sel kayu tegak lurus dengan panjangnya.

Setelah rongga sel berlubang runtuh/memipih, menjadikan kayu cukup kuat karena tidak ada ruang kosong.

Dalam prakteknya, kuat tekan kayu yang tegak lurus terhadap serat biasanya diasumsikan terlampaui jika deformasi melebihi 4% dari tegangan batas proporsional.

Page 12: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Tarik Sejajar Serat [Compression ║] Keteguhan Tarik sejajar dengan

seratnya, kayu memiliki tegangan yang sangat kuat.

Kerusakan terjadi dengan kombinasi dua mode yang kompleks: sel-ke-sel selip dan kerusakan dinding sel.

Selip terjadi ketika dua sel yang berdekatan meluncur melewati satu sama lain.

Kegagalan dinding sel melibatkan putus atau sobeknya dinding sel dengan sedikit atau tanpa deformasi yang terlihat sebelum kerusakan total.

Page 13: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Tarik Tegak Lurus Serat [Tension ┴] Berbeda dengan tegangan

sejajar serat, kayu relatif lemah jika dibebani dengan tegangan tarik tegak lurus terhadap serat.

Gaya tarik tegak lurus dengan panjang sel, menghasilkan pemecahan atau pembelahan sepanjang serat, yang dapat berpengaruh nyata pada keutuhan struktural.

Deformasi biasanya rendah sebelum terjadi kerusakan karena geometri dan struktur penampang melintang dinding sel.

Page 14: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Bending (Modulus of Rupture) Sifat lentur (bending) sangat

penting.

Tegangan lentur diinduksi ketika material digunakan sebagai balok, seperti pada sistem lantai atau rangka.

Kekuatan tarik dan tekan yang sejajar dengan serat berbeda satu sama lain, kekuatan lentur lebih kecil dari pada tarik tetapi lebih besar dari pada tekan.

Page 15: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU
Page 16: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Bentuk kerusakan pengujian Bending:

a) Simple Tension: kerusakan ini terjadi sobekan di sisi bawah balok akibat beban tarik sejajar serat. Hal ini biasa terjadi pada balok yang berserat lurus yang telah dikeringkan

b) Cross Grained Tension: kerusakan ini terjadi akibat adanya gaya tarik yang arahnya miring serat

c) Splintering Tension: kerusakan terjadi pada balok berbentuk “Zig-Zag”. Hal ini biasa terjadi pada kayu yang mempunyai sifat keuletan yang besar

d) Brittle Tension: bentuk kerusakan yang terjadi lebih rata. Kerusakan semacam ini biasa terjadi pada kayu yang regas atau rapuh (tidak ulet)

e) Compression Failures: kerusakan ini dapat terjadi dimana saja di atas bidang netral, dan biasa terjadi pada kayu yang belum dikeringkan

f) Horizontal Shear Failures: kerusakan ini terjadi akibat adanya pergeseran bagian atas dan bagian bawah contoh uji

Page 17: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Stiffness (Modulus of Elasticity) Sifat kekakuan adalah ukuran

kemampuan kayu untuk mempertahankan bentuk aslinya akibat adanya beban yang cenderung mengubah bentuk dan ukuran benda.

Nilai kekakuan hanya berlaku sampai batas proporsi dimana kayu masih bersifat elastis

Page 18: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Geser [Shear] Saat digunakan sebagai balok, kayu terkena

tegangan tekan pada satu permukaan balok dan tegangan tarik pada permukaan lainnya.

Pertentangan tegangan ini menghasilkan aksi geser melalui bagian balok.

Tindakan geser sejajar sejajar ini disebut geser horizontal.

Sebaliknya, ketika tegangan diterapkan tegak lurus dengan panjang sel dalam bidang yang sejajar dengan serat, tindakan ini disebut rolling share.

Tegangan geser penggulung menghasilkan kecenderungan sel-sel kayu untuk berguling satu sama lain.

Secara umum, nilai kekuatan geser gelinding untuk spesimen bebas cacat rata-rata 18 sampai 28% dari nilai geser sejajar serat.

Page 19: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU
Page 20: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Geser RT dan TR kadang-kadang disebut geser bergulir; Geser bergulir didefinisikan sebagai tegangan geser yang menyebabkan regangan geser pada bidang yang tegak lurus terhadap arah serat. Karena kekakuan geser bergulir kayu yang sangat rendah, deformasi geser yang nyata dapat terjadi.

Geser LR dan LT adalah dua jenis geser memanjang. Kayu umumnya lebih tahan terhadap geser memanjang daripada geser bergulir; namun, geser longitudinal adalah model kerusakan yang umum pada balok yang kelebihan beban. Geser longitudinal ini maksimum pada bidang netral dan menurun ke arah permukaan atas dan bawah.

Geser RL dan TL adalah dua jenis geser melintang. Kecuali untuk kayu lunak tertentu, seperti cedar merah barat, kayu sangat jarang mengalami keruntuhan geser melintang, kayu akan mengalami keruntuhan tarik terlebih dahulu.

Page 21: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

[Cleavage] Ketahanan kayu terhadap

pembelahan mengacu pada gaya luar yang bekerja dalam bentuk baji e.

Karena strukturnya, kayu memiliki ketahanan aksial yang rendah terhadap pembelahan.

Ini adalah keuntungan untuk penggunaan tertentu (misalnya, membelah kayu bakar) dan kerugian untuk yang lain (misalnya, bagian kayu membelah/pecah saat dipaku atau disekrup).

Ketahan belah lebih rendah ketika beban diterapkan pada permukaan melintang dan dalam arah radial (karena adanya jari-jari)

P

P

Page 22: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

[Toughness] Sifat keuletan kayu didefinisikan

sebagai kemampuan kayu untuk menyerap energi yang relatif besar atau mampu menahan tegangan atau pukulan yang berulang-ulang (untuk beban jangka pendek) yang melewati batas proporsi yang dapat menyebabkan perubahan bentuk tetap dan ada kerusakan sebagian.

Properti ini penting untuk penggunaan kayu tertentu (misalnya, gagang perkakas, perlengkapan olahraga, kotak dan peti, dll.)

Sifat keuletan ini lawannya sifat regas atau rapuh (brittleness)

Page 23: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Kekerasan [Hardness] Kekerasan mewakili ketahanan kayu

terhadap lekukan dan kerusakan.

Kekerasan secara komparatif diukur dengan gaya yang dibutuhkan untuk menanamkan setengah bola berdiameter 11,3 mm ke dalam kayu.

Ketahanan ini lebih tinggi hingga sekitar dua kali lipat dalam arah aksial daripada ke sisi samping.

Kekerasan berkaitan dengan kekuatan kayu dalam abrasi dan goresan dengan berbagai benda, serta kesulitan atau kemudahan pengerjaan kayu dengan alat dan mesin.

Sifat ini penting untuk berbagai penggunaan, seperti lantai, furnitur, barang olahraga, pensil, dll.

Page 24: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Ukuran dan skala pengujian 1. Contoh kecil bebas cacat (small clear specimen)

Contoh uji relative kecil, disesuaikan dengan alat yang ada

Contoh uji dipilih yang bebas cacat atau dihilangkan cacatnya

Kadar air contoh uji diatur (basah atau kering udara)

Pengujian lebih banyak dilakukan di laboratorium

2. Contoh ukuran pakai (full scale)

Contoh uji lebih besar daripada small clear specimen

Contoh uji lengkap dengan cacat

Kadar air contoh uji biasanya dibuat kadar air kering udara (sesuai kondisi pemakaian)

Dapat dilaksanakan di lapangan atau di laboratorium

Page 25: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Standar pengujian Untuk menjamin keseragaman hasil pengujian, digunakan

STANDAR PENGUJIAN

Beberapa contoh standar pengujian untuk small clear specimen :

Amerika : ASTM D 143-52

Inggris : BS 373 : 1957

Jerman : DIN 52186

Jepang : JIS Z 2101-2118

Page 26: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Pengambilan Sampel Uji Bentuk Sampel Uji

Page 27: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Kelas Kayu Berat Jenis

Keteguhan

Lengkung

Mutlak

(kg/cm2)

Keteguhan

Tekan Mutlak

(kg/cm2)

I > 0,90 > 1.100

II 0,60 – 0,90 725 – 1.100 425 - 650

III 0,40 – 0,60 500 – 725 300 -425

IV 0,30 – 0,40 300 – 500 215 – 300

V < 0,30 < 300 < 215

Page 28: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

MOE (x 103) MOR Rad. Tang. Rad. Tang. Ujing Sisi Rad. Tang.

Softwood

Agathis Agathis alba 0.48 11.2 503 334 23.4 32.6 24.8 25.0 225 148 26.6 31.8

Melur/Jamuju Podocarpus imbricatus 0.52 126.0 776 459 34.5 44.2 34.1 45.4 553 372 43.7 56.6

Tusam Pinus merkusii 0.55 127.0 849 449 33.0 43.1 81.2 93.2 489 388 42.6 56.1

Hardwood

Benuang Octomeles sumatrana 0.33 70.0 380 227 20.4 23.0 25.0 28.7 113 62 26.6 26.0

Sengon/Jeunjing Paraserianthes falcataria 0.33 44.5 526 283 25.5 27.5 44.5 49.9 222 119 33.6 36.4

Pulai Alstonia scholaris 0.30 90.0 526 321 35.3 42.4 51.5 67.6 330 203 46.0 51.9

Jabon Anthocephalus cadamba 0.42 68.0 691 374 25.0 31.4 48.4 59.1 409 268 36.1 55.1

Bayur Pterospermum javanicum 0.53 83.0 489 251 26.3 27.9 17.3 19.7 163 119 33.3 37.8

Meranti Merah Shorea leprosula 0.52 66.0 359 236 22.6 26.9 22.7 23.8 130 64 28.0 31.2

Mindi Melia azedarach 0.53 82.0 548 312 31.1 44.0 55.6 66.7 328 242 48.3 61.1

Ramin Gonystylus bancanus 0.63 139.0 858 476 33.0 33.4 57.8 62.9 380 303 51.3 58.7

Mahoni Swietenia macrophylla 0.61 92.0 623 360 46.3 47.8 40.2 42.2 377 271 56.1 64.7

Jati Tectona grandis 0.67 127.7 1031 550 - - 80.0 89.0 414 428 - -

Saninten Castanopsis argantea 0.73 103.0 978 545 41.6 48.4 73.0 81.9 561 474 64.7 80.3

Rasamala Altingia excelsa 0.81 92.0 1043 598 50.4 66.0 51.1 62.5 632 632 66.0 92.2

Sonokeling Dalbergia latifolia 0.83 115.0 1162 617 54.9 59.3 78.5 90.2 818 711 86.6 93.1

Merbau Intsia bijuga 0.84 158.0 1478 777 48.6 49.6 100.0 104.0 880 842 69.8 74.8

Belangeran Shorea belangeran 0.86 163.0 961 537 32.5 38.9 62.3 684.0 569 531 53.1 58.4

Bengkirai Shorea laevifolia 0.91 187.0 1243 680 36.5 40.2 91.8 102.8 620 608 65.7 84.5

Bakau Bruguiera gymnorhiza 0.94 148.0 1259 695 18.5 36.9 140.0 163.4 1156 1051 45.9 64.9

Pasang Quercus lineata 1.00 181.0 1298 539 11.4 38.4 90.1 115.7 700 585 939.0 -

Eboni Diospyros celebica 1.09 150.0 1130 614 72.6 56.9 57.7 64.6 735 655 50.1 58.6

Ulin Eusideroxylon swageri 1.04 184.0 1431 734 26.7 63.1 115.9 117.4 973 - 54.1 86.8

Berat Jenis

Sifat Kekuatan (Kadar Air Kering Udara)

Nama Perdagangan Nama Latin Lentur Tekan //

Serat

Tarik Tegak Lurus Serat Geser Kekerasan Belah

Page 29: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Kadar air

kerapatan

Struktur anatomi

Suhu/temperatur

Jangka waktu pembebanan: creep [rangkak] and fatique [kelelahan]

Cacat-cacat kayu:

Natural [knots and sloping grain]

Processing [check and split]

Page 30: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Kadar Air Perubahan kadar air dari

kondisi basah sampai dengan TJS tidak mempengaruhi kekuatan kayu, karena air yang terlepas masih dari dari rongga sel.

Perubahan kadar air di bawah TJS akan menyebabkan serat mengalami pengerutan, pengerasan (hardening) dan pengkakuan (stiffening).

Semakin kering kayu (di bawah TJS) semakin kuat kayu tersebut.

Peningkatan ini disebabkan oleh perubahan dinding sel yang menjadi lebih kompak. Unit struktural mereka (yaitu, mikrofibril) menjadi lebih dekat dan gaya tarik menarik antara molekul rantai selulosa menjadi lebih kuat.

Sumber: Edward Roszyk, 2014

Page 31: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Kerapatan dan Berat Jenis

Semakin tinggi berat jenis dan kerapatan kayu umumnya semakin kuat kayu tersebut

Semakin tinggi berat jenis kayu, semakin tinggi kandungan zat kayu pada dinding sel yang berarti semakin tebal dinding sel tersebut.

Kekuatan kayu terletak pada dinding sel. Semakin tebal dinding sel semakin kuat kayu tersebut.

Page 32: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Struktur [Anatomi]

Efek kerapatan terhadap sifat mekanik berasal dari perbedaan struktur anatomi yang menghasilkan variasi kerapatan.

Karakteristik yang mengarah pada kerapatan yang lebih tinggi atau lebih rendah (lebar cincin, proporsi latewood, dll.) mempengaruhi masing-masing, kekuatan kayu. Pada kayu lunak, di mana latewood cenderung menurun dengan

meningkatnya lebar cincin, pohon yang tumbuh cepat menghasilkan kayu dengan kekuatan yang lebih rendah.

Pada kayu keras berpori tata lingkar, lebar cincin yang lebih lebar terkait dengan proporsi kayu akhir yang lebih tinggi dan kekuatan yang lebih tinggi.

Pada kayu keras berpori tata baur, tidak ada hubungan yang jelas karena proporsi latewood yang kurang berbeda.

Karakteristik ultrastruktur juga sangat penting. Sudut mikrofibril yang lebih besar (lapisan S2) yang menjadi karakteristik kayu juvenil memiliki kekuatan yang lebih rendah.

Page 33: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Sumber: Edward Roszyk, 2014

Page 34: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Suhu Secara umum, kekuatan kayu berkurang

dengan meningkatnya suhu.

Temperatur rendah meningkatkan MOE, MOR dan kekuatan tekan, sedangkan temperatur yang lebih tinggi dari temperatur ruangan menurunkan sifat ini. Sebaliknya, kadar air memberikan pengaruh yang berlawanan.

Peningkatan suhu mengurangi modulus elastisitas, dan penurunan lebih besar pada kadar air yang lebih tinggi (MC).

Pada MC rendah, keuletan berkurang dan pada MC tinggi akan meningkat dengan meningkatnya suhu.

Kayu beku, jenuh dengan air, ditemukan memiliki kekuatan lengkung statis (MOR) yang lebih tinggi, tetapi keuletan jauh lebih rendah dibandingkan dengan kayu kering udara pada suhu kamar.

Pengurangan juga dapat berasal dari cacat (misalnya, checks, yang mungkin diakibatkan oleh perubahan kadar air yang menyertai adanya perubahan suhu).

Page 35: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Jangka Waktu Pembebanan: Kelelahan [Fatique]

Kekuatan Lelah suatu bahan adalah kemampuan untuk mempertahankan kekuatannya apabila dikenai beban berulang.

Gelagar pada jembatan jalan rel adalah suatu contoh penerapan pentingnya kekuatan Lelah.

Kayu bebas cacat berserat lurus yang terkena 2 juta siklus lengkungan akan masih memiliki 60% kekuatan statiknya.

Siklus tegangan seperti ini akan berpengaruh berat apabila terdapat cacat-cacat kayu seperti mata kayu dan serat miring.

Page 36: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Jangka Waktu Pembebanan: Creep

Apabila beban terus bekerja dalam jangka waktu yang lama, akan terjadi deformasi tambahan berkaitan dengan waktu lamanya pembebanan. Deformasi ini selanjutnya disebut “creep”

Biasanya variasi iklim (suhu dan kelembaban) dapat meningkatkan creep. Peningkatan suhu 10oC dapat

meningkatkan creep sebesar 2 atau 3 kalinya.

Kayu basah yang sedang mengering bila dibebani dapat mengalami creep 4 sd 6 kalinya deformasi awal.

Cara paling praktis untuk meminimumkan creep: Menghindari pembebanan berlebih

Menggunakan bahan yang kering

Melindungi perubahan kadar air dengan pelapisan permukaan

Page 37: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Cacat Alami Kayu: Mata Kayu [Knots] Sifat mekanis kayu yang

mengandung mata kayu lebih rendah dibandingkan yang tidak mengandung mata kayu, ini akibat:

Arah serat yang berubah tdk lurus di sekitar mata kayu

Serat di sekitar mata kayu terdistorsi dan terjadilah miring serat

Terputusnya serat lurus (akibat mata kayu) mengakibatkan konsentrasi tegangan

Retakan sering terjadi di sekitar mata kayu, bila kayu dikeringkan

Page 38: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Mata kayu (sehat [intergown knot] maupun lepas [encased knot]) sangat mempengaruhi kekuatan tarik kayu.

Mata kayu lepas mengurangi kekuatan tekan kayu.

Penyimpangan orientasi serat akibat mata kayu berpengaruh terhadap kekuatan lentur dan kekakuan kayu:

Efek nyata adalah tegangan pada batas proporsi dengan tegangan maksimum (MoR) menjadi lebih dekat.

Lokasi mata kayu pada daerah tegangan tarik akan mengurangi kekuatan lentur

Page 39: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Table Strength reduction in lumber resulting from knots

(ASTM Standard D245)

Page 40: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Cacat Alami Kayu: Miring Serat [Sloping Grain]

Miring serat adalah penyimpangan arah serat kayu sehingga membuat sudut memanjang.

Penyimpangan arah serat terhadap sumbu longitudinal terjadi secara alami pada pohon karena adanya mata kayu, serat spiral, atau serat terpadu, dan bisa juga dari kegagalan pembuatan papan yang seratnya sejajar dengan sisi memanjang kayu.

Perlu dicari kemiringan serat (slope of grain) guna menentukan batas ada tidaknya pengaruh terhadap kekuatannya.

Slope adalah deviasi serat dari arah yang sejajar dengan sumbu memanjang.

Slope 1 in 20 atau 1:20 berarti untuk sepanjang 20 inci terjadi penyimpangan arah serat sejauh 1 inci.

Page 41: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Cacat Alami Kayu: Miring Serat [Sloping Grain]

Pengaruh kemiringan serat pada dasarnya penyebab perbedaan kekuatan aksial dan transversal kayu.

Kekuatan berkurang dengan pembebanan pada yang membentuk sudut dimana sudut yang lebih besar menghasilkan pengurangan yang lebih besar.

Kuat tarik lebih dipengaruhi daripada kuat tekan, sedangkan pengurangan kekuatan lentur, sedang.

Kemiringan serat juga mengurangi Modulus elastisitasnya, tetapi efek terbesar ditunjukkan pada sifat keuletannya.

Page 42: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Table Strength reduction in lumber resulting from slope of

grain (ASTM 1987)

Page 43: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Cacat Pengerjaan Kayu: Checks[Retak]

Pengaruh retak tergantung pada ukuran, arah, dan cara pemuatannya (arah gaya).

Kekuatan tarik aksial tidak terpengaruh atau sangat sedikit terpengaruh ketika retak memiliki arah yang sama dengan gaya yang memberikan tegangan. Sebaliknya, kekuatan tarik melintang sangat berkurang.

Retak memiliki pengaruh yg kecil pada kekuatan tekan, secara komparatif pada kekuatan tekan transversal lebih kecil daripada aksil, tetapi pengurangan kekuatan pada geser horizontal cukup besar.

Pembebanan balok, pengaruhnya lebih besar ketika retak berada di dekat bidang netral, di mana tegangan geser horizontal paling besar.

Ketahanan terhadap pembelahan sangat berkurang saat ada retak.

Retak biasanya berhubungan erat dengan penyimpangan arah serat dan mata kayu.

Page 44: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Cacat Pengerjaan Kayu: Splits[Terbelah]

Splits adalah pemisahan sel-sel kayu di seluruh penampang potongan.

Splits dan Checks yang cukup besar pada penampang lintang dapat mengurangi kekuatan secara signifikan dan menyebabkan kerusakan pada pembebanan yang lebih rendah dari yang diharapkan.

Pemanjangan splits dan checks yang sudah ada sebelumnya dapat mengakibatkan kerusakan tarik tegak lurus serat atau geser sejajar serat pada tingkat tegangan yang jauh lebih rendah daripada kerusakan yang terjadi pada kayu utuh.

Splits dan Checks dapat mengurangi tampilan kayu struktural dan mungkin akan membatasi penggunaannya dalam beberapa aplikasi

Page 45: [BI3107] STRUKTUR, SIFAT DAN PENGGUNAAN KAYU

Lokasi splits dan checks juga merupakan pertimbangan penting.

Splits yang terletak di tengah bentang pada komponen struktur lentur lebih kritis terhadap tegangan lentur dan defleksi, tetapi splits dan checks pada ujung balok memiliki pengaruh kecil/minim.

Pemisahan yang disebabkan splits dan checks yang relatif besar dan terletak di zona kritis sebelum pembebanan akan terpengaruh secara signifikan.

Namun, aturan/standar pemilahan kayu menetapkan batasan pada jenis cacat ini.