Konstruksi kayu

  • View
    172

  • Download
    48

Embed Size (px)

Text of Konstruksi kayu

  • 5/17/2018 Konstruksi kayu

    1/29

    Diktat m.a. KAYU SEBAGAI BAHAN BANGUNAN

    KONSTRUKSIKAYU

    EFFENDI TRI BAHTIAR

    LABORATORIUM KETEKNIKAN KAYUDEP ARTEMEN HASIL HUTANFAKULTASKEHUTANANIPB2005

  • 5/17/2018 Konstruksi kayu

    2/29

    PENDAHULUAN

    A. Latar BelakangMeskipun ilmu struktur dan mekanika bahan telah mengalami evolusi sejakribuan tahun lalu, pengembangan ilmu ini masih terus-rnenerus dilakukan untukmemperoleh metode yang paling tepat untuk merencanakan struktur secara aman, hematsumberdaya, dan paling mendekati kondisi lapangan sclama masa layannya. Secaraumum analisis struktural dititikberatkan pada lima kategori yaitu Gaya dan momeneksternal, gaya dan momen internal, tegangan (stress), regangan (strain), serta perubahanbentuk (displacement, deformasi). Urutan logis yang dilakukan pada analisis strukturdisajikan pada gambar 1.

    Static Equivalency

    Gambar 1. Alur logis pada analisis struktur (M Vable. 2003)

    Meskipun seluruh point pada analisis struktur rnerupakan sebuah rangkaian utuh yangharus diperhatikan, namun sangat jarang pemilihan material dilakukan sebagai salah satupertimbangan desain. Pada umumnya material yang akan digunakan adalah materialyang tersedia saja meskipun belum diketahui sifat-sifat detilnya. Akibat keterbatasanpengetahuan atas sifat material, yang merupakan faktor penting untuk melakukanpemodelan material dalam analisis struktur, sangat sulit melakukan perhitunganperencanaan yang mendekati kondisi sebenamya. Untuk mengatasi keterbatasan itupenelitian bersama yang dilakukan oleh para ahli dari multidisiplin dilakukan secaraberkelanjutan.

  • 5/17/2018 Konstruksi kayu

    3/29

    Sebagai salah satu hasil penelitian multidisiplin pada bidang teknik sipil danperkayuan, pada tahun 1995, American Forest and Paper Association (AFPA) danAmerican Society of Civil Engineers (ASCE), secara bersama-sama telah mengeluarkanStandard for Load and Resistance Factor Design (LRFD) for Engineered WoodConstruction. Hampir seluruh standar ini berisikan tata cara perencanaan struktur,sementara sifat-sifat kayu sebagai material struktur hampir tidak tersentuh. Oleh karenaitu selama lebih dari sepuluh tahun standar ini tidak dapat diaplikasikan, dan masihmenggunakan National Design Specification (NDS) for Wood Construction yang masihmenganut format Allowable Stress Design (ASD) untuk merencanakan struktur kayu.Baru pada tahun 2005, dengan diterbitkannya NDS 2005, LRFD telah diakomodasisebagai format alternatif perencanaan struktur kayu bersama-sama dengan ASD. NDS2005 telah dilengkapi dengan suplemen yang menyajikan sifat-sifat mekanis kayugergajian dan glulam struktural, yang sangat diperlukan pada perencanaan struktur.

    NDS 2005 mempersilahkan perencana untuk memilih salah satu format (ASDatau LRFD) untuk merencanakan struktur kayu. Agar perencana dapat memilih formatterbaik untuk merencanakan struktur kayu. maka diperJukan pemahaman yang baiktentang kedua format tersebut. Persamaan dan perbedaan kedua format perludiidentifikasi sehingga kelebihan dan kekurangannya dapat diketahui untuk selanjutnyamenjadi bahan pertimbahan dalam memilih format yang sesuai.

    PRINSIP DASAR DESAINHal paling penting yang harus digarisbawahi dalam mendesain struktur adalah

    bahwa kapasitas (capacity) struktur harus lebih besar atau sekurang-kurangnya sarnadengan beban (demand) yang diperkirakan akan diterima oleh struktur (demand : scapacity). Apabila hal tersebut tidak dipenuhi, struktur akan runtuh atau tidak dapatmemenuhi fungsi layannya. Beban berupa gaya-gaya eksternal yang diterima sebuahstruktur akan menimbulkan gaya-gaya internal di dalam elemen struktur. Gaya internalterse but pada umumnya berupa tarik, tekan, lentur, geser, torsi. dan tumpu. Gaya-gayainternal di dalam batang menimbulkan efek berupa terjadinya tegangan (f) dan regangan(c). Tegangan merupakan ukuran intensitas gaya per satuan luas ( f = ~), sedangkan

  • 5/17/2018 Konstruksi kayu

    4/29

    regangan menunjuknya besarnya deformasi dibandingkan dengan kondisi mula-mula

    [

  • 5/17/2018 Konstruksi kayu

    5/29

    mernanjang akibat mengalami tarik, sedangkan pada muka lainnya memendek akibatmengalami tekan. Jadi pada lentur, baik gaya tekan dan gaya tarik terjadi pada satupenampang yang sarna. Oleh karena itu tegangan akibat keadaan gaya kompleks ini tidak

    dapat dinyatakan dengan rumus umum ( f = .. Tegangan tarik dan tekan pada baloklentur bekerja tegak lurus permukaan penampang. Gescr adalah gaya-gaya berlawananarah yang menyebabkan satu bagian struktur tergelincir terhadap bagian di dekatnya.Tegangan geser terjadi pada arah tangensial permukaan gelincir. Gaya-gaya yangkompleks terjadi pula pada batang yang mengalami puntiran (torsi). Balok yangmengalami torsi akan menyebabkan terjadinya tegangan tarik dan tegangan tekan.Tegangan tumpu terjadi antara bidang muka dua elemen apabila gaya-gaya disalurkandari satu elemen ke elernen yang lainnya, misalnya tegangan tumpu terjadi pada ujung-ujung balok terletak di atas kolom. Untuk alasan arsitektural dan kenyamananpenggunaan, besarnya defleksi harus dibatasi. Struktur sudah dapat disebut mengalamikegagalan apabila defleksinya melebihi batas yang diijinkan, meskipun sebenarnyastruktur terse but masih mampu menahan beban yang diberikan terhadapnya.

    Apabila suatu batang dibebani secara aksial, maka akan timbul tegangan di dalambatang tersebut. Tegangan ini disebut dengan tegangan aktua!. Jika material yangdigunakan masih mampu menahan beban tersebut, maka batang tidak akan runtuh.Apabila bebannya diperbesar sehingga tegangannya meningkat, pada suatu saat akandicapai suatu titik dimana tegangan yang timbul akan melebihi kapasitas bahan. Padatitik ini batang akan mulai mengalami kegagalan dalam menahan beban sehinggategangan yang timbul pada kondisi ini disebut dengan tegangan gaga!. Pada ilmu kayu,tegangan gaga I lebih dikenal dengan tegangan patah. Tegangan patah hanya bergantungpada material, sehingga melalui eksperirnen, dapat ditetapkan tegangan patah untuksetiap materia!. (Schodek, 1999).

    Meskipun tegangan patah material yang diperoleh melalui penelitianmenunjukkan tegangan maksimum yang bisa diterima material, seorang perencana akansenantiasa lebih berhati-hati dalam merencanakan bangunannya. Perencana akanmempertimbangkan keamanan struktur selama penggunaan, serta hal-hal lain yangmungkin menyebabkan kegagalan struktur yang dibangunnya. Oleh karena itu seorang

  • 5/17/2018 Konstruksi kayu

    6/29

    perencana yang baik selalu memberikan tambahan ukuran material secara rasional untukmeningkatkan kapasitasnya. Tambahan ukuran material dalam perencanaan strukturdilakukan dengan memberikan faktor penyesuaian. Pada konstruksi kayu besarnya faktor

    penyesuaian adalah -~- yang terdiri atas Iaktor keamanan sebesar _1_. dan faktor lama2.1 1.6pembebanan sebesar 1,3 Tegangan patah yang telah direduksi dengan faktor

    penyesuaian disebut dengan tegangan ijin. [ , 1 1 r.: : F k IF = F .-. -.- :::=-. -. a tor amapatah 1 .6 1.3 2 .1pembebanan perlu dimasukkan untuk mereduksi tegangan patah karena sifat khas darimaterial kayu, yaitu kayu dapat menahan beban tiba-tiba jauh lebih baik daripadamenahan beban dalam jangka waktu lama. Struktur kayu pada umumnya dirancanguntuk penggunaan cukup panjang k10 tahun), padahal pengujian untuk mengukurtegangan patah dilakukan hanya dalam waktu singkat (5-10 menit).

    Pada material yang relatif seragam. persamaan tegangan ijin F' r.: J k::=-- cu up2,1memadai. Tetapi sebagai prod uk alam yang dipengaruhi oleh genetik dan faktor-faktorlingkungan selama pertumbuhannya, kayu memiliki sifat dengan variasi sangat tinggi.Oleh karena itu sangat riskan untuk menetapkan tegangan patah sebatang kayu sebagaitegangan patah bagi seluruh kayu dalam populasi. Pada kayu yang berasal dari satubatang pohon saja dapat diperoleh tegangan patah terkecil sebesar satu persepuluh(1~ ) dari tegangan patah terbesar. Selang ini akan semakin besar kalau kayu berasal dari

    individu pohon yang berbeda, tempat tumbuh yang berbeda, terlebih lagi dari speciesyang berbeda. Oleh karena itu diperlukan pendekatan statistik untuk memilih teganganpatah yang dapat mewakili seluruh populasi. Pada umumnya dipilih tegangan patah 5%terlemah sebagai nilai bagi tegangan patah seluruh batang kayu dalam populasi, yangdisebut dengan 5% Exclusion Limit (5%EL). Pada ASTM D2915, 5%EL disebut dengankekuatan karakteristik yang bisa dihitung secara parametrik maupun non parametrik. Tatacara menghitung kekuatan karakteristik secara rinci diatur dalam ASTM D2915. Dengan

  • 5/17/2018 Konstruksi kayu

    7/29

    ( 5%EL)demikian tegangan ij in pada kayu dinyatakan dengan F ' ~ 2,1 . Tegangan ijinsetelah direduksi dengan faktor-faktor penyesuaian lain merupakan sisi kapasitas dalamperencanaan struktur menggunakan format ASD (Allowable Stress Design).

    FORMAT DESAIN :Allowable Stress Design (ASD) vs Load and Resistance Factor Design (LRFD)

    Beban yang diterima oleh sebuah struktur dipengaruhi oleh tipe beban (bebanmati, beban hidup, beban salju, beban angin, beban lantai. dll), serta sudut dan perletakanbeban. Besarnya beban juga dipengaruhi oleh interaksi antar elemen dalam sistemgeometri struktur yang bersangkutan. Sedangkan kapasitas sebuah struktur ditentukanoleh kombinasi antara tipe material (berkaitan dengan sifat-sifat mekanisnya), bagian-bagian dan bentuk geometri struktur (section and geometry), dan perilaku struktur dalammenerima beban (performances. Dengan demikian proses desain struktural dipengaruhioleh lima kunci pokok yaitu: beban, bentuk geometri, kondisi lingkungan, material, danperformance dari struktur. Beberapa pertimbangan lain seperti ekonomi dan estetikasering menjadi faktor kendala yang perlu diperhitungkan meskipun hal ini menjadiprioritas berikutnya dalam pertimbangan keamanan dan kemampuan la