Proposal tugas akhir tinjauan kuat lentur balok komposit kayu betonDocument Transcript 1 Teknik Sipil, FST, Undana BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Strukturkompositmerupakan gabungan antara dua atau lebih bahan bangunan yang berbeda sehingga merupakan satu kesatuan dalam menahan gaya atau beban luar, dimana komposit menjadi salah satu alternatif bahan yang mampu membuat perencanaan dan pelaksanaan suatu proyek teknik sipil menjadi lebih baik dan efisien. Struktur komposit memanfaatkan sifat fisik dan mekanik masing - masing bahan sehingga akan diperoleh komponen yang lebih baik dan mempunyai kelebihan- kelebihan tertentu bila dibandingkan dengan bahan yang membentuknya. Perilaku komposit pada struktur dimaksudkan sebagai interaksi antara beberapa elemen struktur yang berbeda dan memungkinkan untuk dikembangkan dengan menggunakan perbedaan atau persamaan pada struktur material-material tersebut. Kayu mempunyai sifat cukup elastis, sehingga dapat menerima gaya tarik lebih baik, dengan kata lain kayu memiliki kuat tarik yang relatif besar. Beton merupakan bahan yang bersifat getas. Dari masing-masing sifat bahan tersebut apabila dikompositkan, maka diharapkan akan diperoleh sifat gabungan yang lebih baik dari sifat komponen penyusunnya. Agar kedua bahan tersebut dapat disatukan, sehingga aksi komposit dapat tercipta dengan baik pada bidang kontak antara dua bahan penyusun komposit kayu beton, maka harus dipasang penghubung geser (shear connector). Penghubung geser ini berfungsi untuk mencegah terjadinya gelinciran (slip) dan pemisahan (uplift) antara kedua bahan tersebut. Berdasarkan pedoman teknis standar spesifikasi komponen struktur lantai tingkat komposit kayu beton untuk gedung dan rumah ( Pt S-10-2000-C ) terdapat dua jenis konektor geser yang dipakai yaitu paku dan dowel dimana, dalam penelitian ini akan menggunakan jenis penghubung geser paku (paku polos dan paku ulir). Paku polos hanya terdapat guratan pada leher paku dan penampang kepala paku polos berbeda dengan paku ulir yang memiliki struktur yang mirip sekrup hal ini membuat paku ulir memiliki kuat geser dan ikatan antara kayu beton lebih besar. Guratan pada kepala paku polos dan paku ulir berfungsi agar martil 1 2 Teknik Sipil, FST, Undana tidak tergelincir pada waktu memasukkan paku dan guratan pada leher paku polos berfungsi untuk menambah daya ikat paku ke dalam kayu setelah seluruh badan paku terbenam sedangkan paku ulir yang pada prinsipnya sama, namun memiliki daya ikat yang lebih kuat. Aplikasi paku polos jauh lebih cepat daripada sekrup dengan daya ikat yang lebih rendah kecuali paku ulir. Dan dengan alat bantu tangan saat ini, dalam hitungan detik kita bisa membenamkan beberapa paku sekaligus. Tidak perlu dibuat lubang 'pre-drilling' karena paku lebih mudah dibenamkan. Kekurangan paku polos berada pada daya ikatnya terhadap kayu. Ketika terjadi penyusutan kayu, ikatan antara paku polos dan kayu menjadi berkurang sedangkan pada paku ulir hal ini tidak terjadi. Selain itu paku polos ketika dicabut dari kayu lebih mudah dibandingkan dengan paku ulir. Untuk jenis pekerjaan yang membutuhkan kecepatan dan pekerjaan tersebut tidak akan ada perubahan, maka paku adalah alat pengikat yang paling tepat. Atau sebagai alat pengikat sementara, paku bekerja sangat baik dan praktis. Untuk konstruksi yang membutuhkan daya ikat lebih baik maka paku ulir adalah pilihan yang lebih baik daripada paku polos. Kerapihan hasil kerja bisa dibilang sama karena jika melihat dari lubang yang dihasilkan paku justru lebih kecil dan lebih mudah ditutupi dengan wood filler (Tentangkayu.com, 2008). Paku tersedia dalam berbagai bentuk, dari paku polos hingga paku ulir. Spesifikasi produk paku dapat dikenali dari panjang paku dan diameter paku (crayonpedia.org, 2011). Jumlah dan penempatan harus disesuaikan dengan besar gaya geser yang akan timbul pada bidang kontak kayu danbeton. Panjang penghubung geser yang tertanam dalam kayu, dua kali panjang penghubung geser yang tertanam dalam sayap beton ( Suwandojo dan Zubaidah, 1987). Dengan demikian balok komposit tersebut merupakan satu kesatuan yang monolit yang mampu bereaksi terhadap beban kerja dan juga diharapkan dapat menahan gaya lentur dengan baik. Berdasarkan uraian diatas, maka perlu adanya penelitian tentang pemanfaatan bahan struktural kayu beton sebagai bahan komposit dengan judul Tinjauan Kuat Lentur Balok Komposit Kayu Beton Dengan Penghubung Geser Paku Polos Dan Paku Ulir. 3 Teknik Sipil, FST, Undana 1.2 Perumusan dan Pembatasan Masalah 1.2.1 Perumusan Masalah Dari uraian latar belakang diatas dapat dirumuskan suatu permasalahan, yaitu: 1) Seberapa besar kekuatan lentur balok komposit kayu beton dengan penghubung geser paku polos. 2) Seberapa besar kekuatan lentur balok komposit kayu beton dengan penghubung geser paku ulir. 1.2.2 Pembatasan Masalah Untuk memperkecil ruang lingkup penelitian, maka penelitian ini dilakukan dengan beberapa batasan masalah sebagai berikut : 1) Bahan balok yang digunakan adalah kayu jati dan plat beton bertulang dengan tulangan minimum. Tulangan minimum pada plat ini tidak diperhitungkan menahan tarik lentur pada balok. 2) Rencana campuran beton menggunakan cara ACI dengan fas 0,5. 3) Penghubung geser dipakai paku polos dan paku ulir dengan ketentuan sebagai berikut : a. Paku polos diameter 3,2 mm panjang 77 mm. b. Paku ulir diameter 3,4 mm panjang 78 mm. 4) Kedalaman penghubung geser pada kayu minimal 2/3 dari tebal kayu. 5) Benda uji dibuat masing-masing 3 sampel, pengujian kuat lentur balok komposit pada saat beton berumur 28 hari. 6) Variasi penghubung geser ada 2 macam, yaitu : a. Balok komposit dengan penghubung geser paku polos. b. Balok komposit dengan penghubung geser paku ulir. 4 Teknik Sipil, FST, Undana 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian 1.3.1 Tujuan Penelitian Berdasarkan rumusan permasalahan di atas maka tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah : 1) Untuk mengetahui kuat lentur balok komposit kayu-beton dengan penghubung geser paku polos. 2) Untuk mengetahui kuat lentur balok komposit kayu-beton dengan penghubung geser paku ulir. 1.3.2 Manfaat Penelitian Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan masukan pada para pelaksana dan perencana proyek mengenai balok komposit kayu- beton. Selain itu diharapkan dapat dipakai sebagai bahan alternatif yang tepat untuk lantai tingkat bangunan gedung bertingkat rendah 2 4 lantai, khususnya bangunan rumah susun biaya rendah dengan kriteria : kuat, kaku, ringan, kedap suara, mudah dibuat dan ekonomis. 1.4 Definisi Operasional Konsep Agar tidak terjadi kesalahpahaman dalam menafsirkan judul dan untuk memberikan kesamaan pengertian akan konsep yang akan diangkat dalam penelitian ini, maka definisi operasional konsepnya sebagai berikut : 1) Tinjauan : hasil meninjau; pengamatan; pandangan; pendapat (sesudah menyelidiki, mempelajari, dsb) 2) Kuat Lentur : kemampuan suatu balok atau plat benda uji untuk melawan kegagalan patah (building) 3) Balok : batang dengan bentuk penampang persegi empat yang dapat berupa batang kayu yg telah dirimbas, tetapi belum dijadikan papan, beton hasil cetakan dengan bekisting persegi empat, dsb 5 Teknik Sipil, FST, Undana 4) Komposit : gabungan dua macam atau lebih bahan bangunan yang berbeda, yang mampu beraksi terhadap beban kerja secara satu kesatuan 5) Kayu : suatu bahan yang diperoleh dari hasil pemungutan pohon- pohon di hutan, sebagai bagian dari pohon 6) Beton : material yang dibuat dari campuran agregat halus (pasir), agregat kasar (batu pecah), air dan semen portland atau bahan pengikat hidrolis lain yang sejenis, dengan menggunakan atau tidak menggunakan bahan tambahan lain. 7) Penghubung Geser : alat sambung mekanik yang berfungsi sebagai penahan gaya geser dan gaya angkat yang timbul pada bidang kampuh dari bahan bahan yang membentuk komponen komposit (Suwandojo dan Zubaidah, 1987). 8) Paku (polos atau ulir) : sejenis alat yang digunakan untuk menyambung, merapatkan, mengencangkan serta mengikat bagian -bagian atau elemen-elemen dari suatu konstruksi (PUBI, 1982). Jadi, dari definisi operasional di atas maka defenisi umum dari Tinjauan Kuat Lentur Balok Komposit Kayu Beton Dengan Penghubung Geser Paku Polos Dan Paku Ulir adalah hasil pengamatan kuat lentur balok dari dua macam bahan bangunan kayu dan beton dengan menggunakan alat sambung mekanik penahan gaya geser paku polos dan paku ulir. 6 Teknik Sipil, FST, Undana BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Diskripsi Kayu Kayu merupakan hasil hutan dan sumber kekayaan alam yang masih berupa bahan mentah dan harus diolah terlebih dahulu untuk dapat digunakan sesuai dengan kebutuhan manusia. Kayu yang dimaksud di sini adalah kayu yang dipergunakan sebagai bahan konstruksi bangunan, yaitu kayu olahan yang diperoleh dengan memproses kayu bulat (gelondongan) menjadi kayu berbentuk balok, papan dan bentuk-bentuk lain sesuai dengan tujuan penggunaannya. Kayu mempunyai kuat tarik dan kuat tekan relatif tinggi dan berat yang relatif rendah, mempunyai daya tahan tinggi terhadap pengaruh kimia dan listrik, dapat dengan mudah untuk dikerjakan, relatif murah, dapat mudah diganti, dan bisa didapat dalam waktu singkat ( Felix, 1965 ). Pemakaian kayu sebagai konstruksi dukung banyak menjadi alternatif pengganti besi dan beton bertulang. Rata rata konstruksi kayu dengan daya dukung yang sama, harganya 25 % sampai 40 % lebih murah dari pada konstruksi baja dan beton bertulang ( Wiryomartono, 1976 ). Menurut Suwandojo dan Zubaidah (1987), kayu untuk bahan komposit harus memenuhi persyaratan antara lain : 1) Berat jenis kayu kering udara adalah 0,5 0,8. Jika diketahui Bj = 0,4 0,5 maka kayu harus diawetkan; 2) Jenis dan mutu kayu yang digunakan memiliki nilai tegangan geser searah serat; 3) TS > 12 kg / cm2 ; 4) Batang kayu harus lurus dan ukuran penampang seragam; 5) Batang kayu harus bebas dari cacat yang dapat membahayakan struktur; 6) Modulus elastis kayu mendekati sama dengan modulus elastisitas beton; 7) Kuat lentur patah kayu atau Modulus Of Rupture ( MOR ) dan modulus elastisitas kayu ditentukan dengan pengujian lentur kayu. 6 7 Teknik Sipil, FST, Undana 2.2 Pengertian Beton Beton didapat dengan mencampurkan semen, agregat halus, agregat kasar, air dan kadang kadang campuran lain. Kekuatan beton tergantung dari banyak faktor, antara lain : proporsi dari campuran, kondisi temperatur, kelembaban dari tempat dimana campuran diletakan dan mengeras. Rasio air terhadap semen merupakan faktor utama dalam penentuan kuat tekan beton. Semakin rendah perbandingan air semen, kuat tekan beton semakin tinggi. Rasio air tertentu diperlukan untuk memberikan aksi kimiawi didalam pengerasan beton. Kelebihan air meningkatkan kemampuan pengerjaan, akan tetapi menurunkan kekuatan ( Wang & Salmon, 1985 dalam Prakosa, 2008). Beton mempunyai kuat tekan yang tinggi, tetapi kuat tariknya sangat rendah. Untuk mengatasinya, pada elemen struktur yang betonnya mengalami tegangan tarik diperkuat dengan batang baja tulangan sehingga terbentuk suatu struktur komposit, yang kemudian disebut dengan sebutan beton bertulang (Tjokrodimuljo, 1996). Kuat tekan beton relatif tinggi dibanding dengan kuat tariknya, yaitu kuat tarik beton antara 9 15 % kuat tekannya. Selain itu, beton merupakan bahan yang bersifat getas (Kadir, 2000 dalam Prakosa, 2008). Untuk penetapan modulus elastisitas beton, penerapannya digunakan rumus rumus empiris yang menyertakan besaran berat disamping kuat tekan beton. SK SNI T15199103 memberikan nilai modulus elastisitas beton tersebut, yaitu untuk beton ringan dan beton normal ( Istimawan, 1994 dalam Prakosa, 2008 ). 2.3 Komposit Kayu Beton 2.3.1 Pengertian Komposit Kayu Beton Balok merupakan bagian struktur yang menerima beban dengan arah tegak lurus memanjang batang. Balok-balok yang dibangun lebih dari satu bahan disebut balok komposit (composite beams) (Timoshenko dan Gere, 1996). Sedangkan struktur komposit adalah gabungan dua jenis bahan atau lebih yang disusun sedemikian rupa sehingga dapat bekerja sama dalam memikul beban. Struktur 8 Teknik Sipil, FST, Undana komposit ini dibuat untuk memperoleh sifat gabungan yang lebih baik dari sifat masing-masing komponen penyusunnya (Morisco, 1991 dalam Fityastutik, 2002). Dalam penelitian ini yang dimaksudkan dengan balok komposit kayu beton adalah balok kayu yang di atasnya diberi plat bertulang. Kedua komponen tersebut dihubungkan dengan paku polos dan paku ulir yang berfungsi sebagai penghubung geser (shear connector). Aksi komposit timbul bila dua batang struktural memikul beban seperti konstruksi pelat/lantai beton dan balok kayu disambung secara integral dan melendut secara satu kesatuan. Besarnya aksi komposit yang timbul bergantung pada penataan yang dibuat untuk menjamin regangan linier tunggal dari atas plat beton sampai muka bawah penampang kayu. Pada balok kayu tidak komposit (Gambar 2.1.a), jika gesekan antara plat dan balok diabaikan, balok dan plat masing-masing memikul suatu bagian beban secara terpisah. Bila plat mengalami deformasi beban vertikal, permukaan bawahnya akan tertarik dan memanjang, sedang permukaan atas balok tertekan dan memendek. Bila suatu sistem bekerja secara komposit (Gambar 2.1.b), plat dan balok tidak akan menggelincir relatif dengan lainnya. Gaya horisontal (geser) bekerja pada permukaan bawah plat dan permukaan atas balok sehingga plat tertekan dan memendek dan balok memanjang. Gambar.2.1. Perbandingan antara balok komposit dan balok tak komposit yang melendut 9 Teknik Sipil, FST, Undana 2.3.2 Komponen Pembentuk Komposit Komponen pembentuk Balok Komposit terdiri dari kayu, plat beton bertulang dan penghubung geser. Keterangan mengenai masing-masing bahan tersebut dijelaskan sebagai berikut : 1) Kayu Jati (Tectona grandis L.f) Kayu jati memiliki nama botani Tectona grandits L.f. Di Indonesia kayu jati memiliki berbagai jenis nama daerah yaitu delek, dodolan, jate, jatih, jatos, kiati, kulidawa, dan lain-lain. Kayu ini merupakan salah satu kayu terbaik di dunia. Berdasarkan PPKI 1961 termasuk kayu dengan tingkat pemakaian I, tingkat kekuatan II dan tingkat keawetan I (Setyawan, 2006). Pohon jati tumbuh baik pada tanah sarang terutama tanah yang mengandung kapur pada ketinggian 0-700 m di atas permukaan laut, di daerah dengan musim kering yang nyata dan jumlah curah hujan rata-rata 1200-2000 mm per-tahun. Banyak terdapat di seluruh Jawa, Sumatra, Nusa Tenggara Barat, Maluku dan Lampung. Pohon jati dapat tumbuh mencapai tinggi 45 m dengan panjang batang bebas cabang 15-20 m dan diameter batang 50-220 mm dengan bentuk batang beralur dan tidak teratur (Setyawan, 2006). 2) Plat beton bertulang Pada umumnya plat beton bertulang dipakai sebagai lantai, atap dan dinding dari gedung-gedung, serta sebagai pelat lantai (decks) dari jembatan. Beton bertulang merupakan gabungan dari dua jenis bahan yaitu beton dan batang tulangan yang ditanam di dalam beton. Beton bertulang terbentuk dari 4 (empat) jenis bahan, yaitu : a. Semen Portland Semen Portland adalah semen hidrolis yang dihaluskan dengan cara menghaluskan clincer, yang terutama terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidrolis dengan gips sebagai tambahan (PUBI,1982). Semen Portland merupakan bahan ikat yang penting dan banyak dipakai dalam pembangunan . Fungsi semen untuk merekatkan butir-butir agregat agar terjadi suatu massa yang kompak dan padat. Kekuatan semen yang telah mengeras bergantung 10 Teknik Sipil, FST, Undana pada jumlah air yang dipakai pada waktu proses hidrasi berlangsung. Sedangkan jenis-jenis semen sesuai dengan tujuan pemakaiannya dibagi menjadi lima jenis, yaitu (Tjokrodimuljo, 1996) : Jenis I : Semen Portland untuk penggunaan yang tidak memerlukan persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-jenis lain; Jenis II : Semen Portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang; Jenis III : Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan kekuatan awal yang tinggi setelah pengikatan terjadi; Jenis IV : Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan panas hidrasi yang rendah dan Jenis V : Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan sangat tahan terhadap sulfat. b. Agregat Agregat yang mempunyai ukuran butir besar disebut agregat kasar, sedangkan agregat yang berbutir kecil disebut agregat halus. Sebagai batas antara ukuran butir yang kasar dan yang halus umumnya dipakai ukuran ayakan 4,75 mm atau 4,80 mm. Agregat yang lebih besar dari 4,80 mm disebut agregat kasar, dan agregat yang butir-butirnya lebih kecil dari 4,80 mm disebut agregat halus (Tjokrodimuljo,1996). c. Air Air merupakan bahan pembuat beton yang sangat penting. Air diperlukan untuk bereaksi dengan semen serta sebagai bahan pelumas antara butir-butir agregat agar mudah dikerjakan dan dipadatkan. Pengerasan beton dipengaruhi reaksi semen dan air, maka air yang digunakan harus memenuhi syarat tertentu, dan sebaiknya air yang digunakan adalah air yang dapat diminum. d. Baja Tulangan Baja mempunyai kekuatan yang tinggi dan merata, dibuat di pabrik dengan peralatan yang canggih, sehingga pengawasan mutu baja dapat dipertanggungjawabkan. Kekuatan tarik yang cukup besar dijadikan bahan 11 Teknik Sipil, FST, Undana untuk menahan regangan beton sehingga dipakai bersama-sama dengan beton, yang masing-masing mempunyai sifat saling mendukung, yaitu baja tulangan diutamakan untuk menahan beban tarik dan beton bekerja menahan beban tekan. 2.3.3 Analisis Penampang Balok Komposit Untuk menganalisis balok komposit digunakan metode penampang transformasi (tranformed section method), yaitu mentransformasikan penampang yang terdiri dari lebih satu bahan ke dalam suatu penampang ekivalen yang disusun dari satu bahan. Tampang transformasi tersebut dianalisis dengan cara yang biasanya dipergunakan untuk balok satu bahan (Timoshenko dan Gere, 1996). Tahap perhitungannya sebagai berikut : 1) Direncanakan balok komposit dengan ukuran tertentu Gambar 2.2. Penampang balok komposit 2) Dihitung faktor transformasi = ........................................................................................................ (2.1) 3) Dihitung luas penampang A beton = n . beff . hf ........................................................................................... (2.2) AKayu = bw . h .................................................................................................. (2.3) 4) Dihitung arah garis netral terhadap sisi bawah = . + 2 + .. 2 . + . ................................................................... (2.4) c = ( hf + h) y ............................................................................................... (2.5) h hf n x beff y c bw 12 Teknik Sipil, FST, Undana 5) Dihitung momen Inersia It = n.1/12.beef.hf 3 +1/12bw.h3 +n.beef.hf(c-hf/2)2 +bw.h(y-h/2)2 .......................... (2.6) 6) Dihitung tegangan-tegangan a. Tegangan maksimal beton = . . ............................................................................................ (2.7) b. Tegangan maksimal kayu = . ................................................................................................. (2.8) c. Tegangan geser maksimal = . . ......................................................................................................... (2.9) 2.4 Penghubung Geser 2.4.1 Pengertian Penghubung Geser Penghubung geser adalah alat sambung mekanik yang berfungsi sebagai penahan gaya geser dan gaya angkat yang timbul pada bidang kampuh dari bahan bahan yang membentuk komponen komposit ( Suwandojo dan Zubaidah, 1987). Gaya geser horisontal yang timbul antara plat beton dan balok selama pembebanan harus ditahan agar penampang komposit bekerja secara monolit. Walaupun lekatan yang timbul antara plat beton dan balok mungkin cukup besar, lekatan ini tidak dapat diandalkan untuk memberi interaksi yang diperlukan. Gaya gesek antara plat beton dan balok juga tidak mampu mengembangkan interaksi ini. Sebagai gantinya penghubung geser mekanis yang disambung di puncak balok harus dipasang (Salmon, 1991). Beton dan kayu merupakan dua bahan bangunan yang berbeda sifat mekanis dan fisiknya. Beton merupakan bahan konstruksi anorganis material yang kuat menahan gaya desak tetapi lemah terhadap gaya tarik, sedangkan kayu merupakan organis material yang peka terhadap lembab atau kadar air yang dikandungnya, dan mempunyai kuat tarik dan tekan yang hampir sama. Bila dua bahan tersebut disatukan dengan cara tertentu, yaitu dengan menggunakan penghubung geser yang sesuai, maka keduanya akan menyatu dan mampu bereaksi sebagai komponen struktur 13 Teknik Sipil, FST, Undana komposit. Agar aksi komposit dapat tercipta dengan sempurna, maka pada kampuh atau bidang kontak antara dua bahan kayu dan beton tidak boleh terjadi geser (slip), dan atau pemisahan (uplift). Untuk itu pada bidang kampuh harus dipasang alat sambung ( shear connector ) yang mampu menahan slip dan uplift. Jumlah dan penempatan penghubung geser harus disesuaikan dengan besar gaya geser yang akan timbul pada bidang kampuh kayu dan beton. Panjang penghubung geser yang tertanam dalam kayu, dua kali panjang penghubung geser yang tertanam dalam sayap beton ( Suwandojo dan Zubaidah, 1987). 2.4.2 Perencanaan Penghubung Geser Pada penelitian ini penghubung geser yang dipakai adalah paku polos dan paku ulir. Rumus yang dipakai untuk kapasitas batas penghubung geser pada beton adalah sebagai berikut : qult = 0,0004.ds 2 . . ...................................................................................(2.10) Sedangkan pada kayu menggunakan rumus : Untuk paku qult = 0,5.b.d. kd untuk b < 7d .............................(2.11) qult = 3,5.d2. kd untuk b > 7d ............................(2.12) dimana : b = tebal kayu, cm d = diameter paku, cm kd = kuat desak kayu, kg/cm2 Untuk perencanaan pada beban kerja, menggunakan rumus : Vh = 2 = 0,85. . 2 .......................................................................................(2.13) Vh = 2 = ./ 2 ............................................................................................(2.14) Jumlah penghubung geser yang diperlukan, diperoleh dengan membagi harga Vh terkecil dengan gaya geser yang diizinkan pada satu penghubung geser. N = ............................................................................................................(2.15) Jumlah penghubung geser total yang diperlukan disebar secara merata sepanjang daerah balok. 14 Teknik Sipil, FST, Undana 2.5 Perencanaan Adukan Beton Perhitungan rencana adukan beton yang digunakan adalah menurut American Concreate Institute (ACI) dengan langkah - langkah sebagai berikut : 1) Menghitung kuat tekan rata-rata beton berdasarkan kuat tekan yang disyaratkan (dulu disebut kuat tekan karakteristik) dan nilai margin yang tergantung tingkat pengawasan mutunya. Nilai margin adalah : m = 1,64 sd .............................................................................................(2.16) dimana, sd : nilai deviasi standar yang diambil dari Lampiran Tabel 1. Kuat tekan rata-rata dihitung dari kuat tekan yang disyaratkan ditambah margin : fcr = fc + m ...........................................................................................(2.17) dimana : fcr = kuat tekan rata-rata, MPa fc = kuat tekan yang disyaratkan, MPa m = nilai margin, MPa 2) Tetapkan faktor air semen berdasarkan kuat tekan rata-rata pada umur yang dikehendaki (lihat Lampiran Tabel 2) dan keawetannya (berdasarkan jenis struktur dan kondisi lingkungan (lihat Lampiran Tabel 3). 3) Berdasarkan jenis strukturnya, tetapkan nilai slump dan ukuran maksimum agregatnya, diambil dari Lampiran Tabel 4 dan Lampiran Tabel 5. 4) Tetapkan jumlah air yang diperlukan, berdasarkan ukuran maksimum agregat dan nilai slump yang diinginkan (lihat Lampiran Tabel 6) 5) Hitung semen yang diperlukan, berdasarkan hasil langkah 2 dan 4 di atas. 6) Tetapkan volume agregat yang diperlukan per meter kubik beton, berdasarkan ukuran maksimum agregat dan nilai modulus kehalusan agregat halusnya (lihat Lampiran Tabel 7). 7) Hitung volume agregat halus yang diperlukan, berdasarkan jumlah air, semen, dan agregat kasar yang diperlukan, serta udara yang terperangkap dalam adukan, dengan cara hitungan volume absolut yang ditulis sebagai berikut : 15 Teknik Sipil, FST, Undana Volume agregat halus = 1 ( Va + Vk + Vs + Vu ) .................................(2.18) dimana : Va = Volume air, m3 Vk = Volume kerikil, m3 Vs = Volume semen, m3 Vu = Volume udara, m3 2.6 Pengujian Balok Komposit 2.6.1 Pengujian kuat tarik baja 1) Pengujian kuat tarik tulangan Besi tulangan berfungsi sebagai penahan gaya tarik dan lentur akibat momen yang berkerja pada konstruksi beton. Agar dapat menjadi baja tulangan dalam konstruksi, maka besi tersebut tidak boleh menunjukkan retak-retak, bergelombang, lipatan dan lain-lain dalam jangka waktu mengerjakan pengangkutan, pembengkokan maupun pemotongan. Beton kuat terhadap tekan, tetapi lemah terhadap tarik. Oleh karena itu, perlu tulangan untuk menahan gaya tarik untuk memikul beban-beban yang bekerja pada beton. Tulangan baja tersebut perlu untuk beban-beban berat dalam hal untuk mengurangi lendutan jangka panjang. Dalam hal ini beton bertulang komposit yang mampu menahan tarik maupun gaya tekan. Uji tarik dilakukan sesuai SNI 07-0408-1989. Besarnya kuat tarik dari baja tulangan dihitung dengan rumus : fy = 0.25 2 ..........................................................................................(2.19) fu = 0.25 2 ..........................................................................................(2.20) dimana : fy = tegangan leleh tarik baja tulangan, Mpa fu = tegangan tarik maksimum baja tulangan, Mpa Pleleh = Beban leleh tarik, kgf Ptarik = Beban ultimit tarik, kgf D = diameter tulangan, mm 16 Teknik Sipil, FST, Undana 2) Pengujian kuat tarik paku Alat sambung paku masih sering dijumpai pada struktur atap, lantai, dinding atau struktur rangka rumah. Paku tersedia dalam dua jenis yaitu paku polos dan paku ulir. Paku polos kekuatannya lebih rendah dari paku ulir, karena koefisien gesekan paku ulir lebih besar sehingga tahanan cabutnya lebih besar. Diameter paku dipasaran antara 2,75mm sampai 8mm dengan panjang 40mm sampai 200mm. Ketebalan kayu yang yang disambung antara 20mm sampai 40mm. Berdasarkan pedoman teknis spesifikasikasi komponen struktur lantai tingkat komposit kayu- beton untuk gedung dan rumah ( Pt S-10-2000-C ) panjang paku yang tertanam didalam kayu adalah sebesar 2/3 dari panjang paku dan 1/3 tertanam didalam beton. Besarnya kuat tarik dari baja tulangan dihitung dengan rumus : fu = = 0.25 2 ...................................................................................(2.21) dimana : fu = tegangan tarik maksimum baja tulangan, Mpa P = Beban tarik, kgf D = diameter tulangan, mm 2.6.2 Pengujian kuat tekan beton Menurut Murdock dan K.M. Brook (1981), beton dapat mencapai kuat tekan hancur sampai 80 MPa atau lebih, tergantung pada perbandingan air dengan semen, kualitas agregat, efisiensi perawatan, suhu dan umur beton. Menurut Sagel dkk (1994). Besarnya kuat tekan dari benda uji dihitung dengan rumus : = ...................................................................................................(2.22) dengan : fc = kuat tekan beton, N /mm2 P = beban maksimum, N A = luas permukaan benda uji yang ditekan, mm2 17 Teknik Sipil, FST, Undana 2.6.3 Pengujian kuat lentur balok kayu Apabila sebuah balok kayu di atas dua perletakan, dibebani dengan gaya P maka pada serat-serat tepi atas balok akan mengalami gaya desak dan pada tepi bawah mengalami gaya tarik. Karena serat tepi atas saling desak maka pada serat tepi atas terjadi tegangan tekan, sebaliknya pada serat-serat tepi bawah akan terjadi tegangan tarik. Tegangan demikan ini disebut tegangan lentur ( lt ). (a). Penampang memanjang balok kayu (b). Penampang melintang balok kayu (c). Penampang serat (d). Diagram tegangan elastis (e). Diagram tegangan ultimate Gambar 2.4. Diagram tegangan pada penampang balok kayu Jika tegangan yang terjadi telah mencapai tegangan ijin ( ) maka dianggap garis netral berada pada setengah tinggi balok (0,5.h). Pada saat ini masih terjadi keseimbangan yaitu tegangan tekan sama dengan tegangan tarik. C = T = 0,5 . . 2 = 0,25. . . ......................................................(2.23) Akibat gaya tarik dan gaya tekan, dapat menimbulkan momen. M = C x 2/3.h = 1/6.b.h2 . ..................................................................(2.24) W = 1/6.b.h2 ...........................................................................................(2.25) = M/W = ......................................................................................(2.26) 6cm 8cm 45cm7.5cm 7.5cm Serat Tarik Garis Netral c c b h Serat Tekan T h/2 2/3 h s lt lts s tk // s tr // T y 2/5 . x 1/3(h-x) x Tekan Tarik 18 Teknik Sipil, FST, Undana dimana : = tegangan ijin lentur kayu, kg/cm2 M = momen, kg/cm W = tahanan momen, cm3 = tegangan lentur yang terjadi, kg/cm2 b = lebar kayu benda uji, cm h = tinggi kayu benda uji, cm // = kuat tarik sejajar serat, kg/cm2 x = tinggi diagram tegangan tekan ultimate, cm y = jarak antara gaya tekan dan gaya tarik, cm c = gaya tekan, kg T = gaya tarik, kg // = kuat tekan sejajar serat, kg/cm2 19 Teknik Sipil, FST, Undana 2.6.4 Pengujian balok komposit Pada penelitian ini benda uji berbentuk balok T dengan balok berupa kayu meranti 6/8 dan plat beton bertulang dengan tulangan minimum. (a). Penampang memanjang alat pengujian (b). Penampang melintang alat pengujian Gambar 2.5. Skema pengujian kuat lentur balok komposit Keterangan : 1. Loading Frame 6. Tumpuan Pembebanan Dua Titik 2. Load cell 7. Benda Uji Balok Komposit 3. Pompa Hidrolis 8. Tumpuan Perletakan 4. Hydraulic Jack 9. Pelat Lantai 5. Pelat Tumpuan Pembebanan Besarnya momen maksimal akibat beban titik dapat diuraikan sebagai berikut: Mmax = 1/6 PL + 1/8 qL2 .....................................................................(2.27) dimana : P = beban terpusat, kN q = berat sendiri balok komposit, kg/m L = panjang bentang, m 1 3 2 4 7 9 8 6 5 1 2 4 5 6 7 8 9 3 20 Teknik Sipil, FST, Undana BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1 Tempat penelitian Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Beton Jurusan Teknik Sipil Universitas Nusa Cendana Kupang NTT dan Laboratorium Beton Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Kupang NTT. 3.1.2 Waktu penelitian Penelitian ini berjalan selama 3 bulan, yakni dimulai pada bulan Desember 2012 sampai dengan Februari 2013. 3.2 Data Primer dan Sekunder 3.2.1 Data primer Data primer untuk penelitian ini diperoleh dari hasil pengujian di laboratorium. 3.2.2 Data sekunder Data sekunder diambil dari literaturliteratur yang berhubungan dengan penelitian ini. 3.3 Teknik Pengambilan Data Dalam penelitian ini, pengambilan data dilakukan dengan menggunakan teknik-teknik sebagai berikut: 3.3.1 Teknik Pengukuran/Pengujian Data yang diperlukan untuk penelitian ini diperoleh dengan mengadakan pengujian di laboratorium. Pengujian-pengujian yang akan dilakukan di laboratorium antara lain : 1) Pemeriksaan dan pengujian terhadap agregat halus (pasir) meliputi : pengujian berat jenis pasir sesuai SNI 1970 : 1990, pengujian gradasi pasir sesuai SNI 03- 1968-1990, pengujian kadar air pasir sesuai SNI 03-1971-1990 dan pengujian kadar lumpur pasir sesuai SNI 13-6669-2002. 20 21 Teknik Sipil, FST, Undana 2) Pemeriksaan dan pengujian agregat kasar (Batu pecah) meliputi pengujian berat jenis batu pecah sesuai SNI 03-1969-1990, pengujian gradasi batu pecah sesuai SNI 03-1968-1990, pengujian kadar air batu pecah sesuai SNI 03-1971-1990, pengujian berat satuan volume sesuai SNI 03-4804-1998, pengujian keausan agregat kasar sesuai SNI 03-2417-1991 3) Pemeriksaan dan pengujian baja tulangan, yaitu uji tarik. 4) Pemeriksaan dan pengujian penghubung geser berupa paku polos dan paku ulir, yaitu uji tarik dan uji geser. 5) Pemeriksaan dan pengujian lentur balok kayu jati. 3.3.2 Teknik dokumentasi Data-data penunjang lainnya diperoleh dari buku-buku literatur yang berhubungan dan mendukung penelitian ini. 3.3.3 Teknik observasi Teknik pengambilan data penelitian melalui observasi secara langsung yang dilakukan di laboratorium Beton Jurusan Teknik Sipil Universitas Nusa Cendana Kupang dan Laboratorium Beton Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Kupang. Data obyek penelitian berupa hasil pengujian berat jenis pasir dan batu pecah, gradasi pasir dan batu pecah, kadar air pasir dan batu pecah, kadar lumpur pasir, berat satuan volume batu pecah, keausan batu pecah, kuat tarik baja tulangan dan paku (polos dan ulir), kuat geser paku polos dan paku ulir, kuat lentur balok kayu jati, kuat tekan silinder beton serta kuat lentur balok komposit kayu beton. 3.4 Bahan dan Alat Penelitian 3.4.1 Bahan penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : Kayu yang digunakan adalah kayu Jati yang sudah berbentuk batangan dengan dimensi 6/8. Semen Tiga Roda dengan berat 40 kg, pasir Takari, batu pecah Sumlili dengan ukuran butiran maksimum 20 mm, air bersih dari penampungan Lab. Beton Jurusan 22 Teknik Sipil, FST, Undana Teknik Sipil Universitas Nusa Cendana, baja tulangan polos diameter 5,8 mm dan 7,3 mm, Paku polos diameter 3,2 mm dan Paku ulir diameter 3,4 mm. 3.4.2 Alat Penelitian Ayakan / Saringan yang digunakan untuk agregat kasar terdiri dari lubang ayakan yang berukuran 19,0 mm; 9,5 mm; 4,75 mm; 2,35 mm; 1,18 mm; 0,85 mm; 0,3 mm; 0,15 mm; dan pan, Sedangkan agregat halus menggunakan ayakan ukuran 9,5 mm; 4,75 mm; 2,35 mm; 1,18 mm; 0,85 mm; 0,3 mm; 0,15 mm; dan pan. Mesin penggetar ayakan (siever) Alat ini dipakai untuk menggetarkan ayakan yang berisi agregat agar terpisah sesuai dengan ukuran butirnya. Timbangan dipakai untuk menimbang berat bahan-bahan yang akan digunakan untuk pembuatan beton dan untuk menimbang berat benda uji. Oven digunakan untuk mengeringkan agregat pada waktu pemeriksaan berat jenis dan penyerapan agregat, Oven yang digunakan dengan kemampuan suhu 240 . Desicator digunakan untuk mendinginkan bahan setelah dioven agar sesuai dengan suhu kamar dan dipakai pada waktu pemeriksaan berat jenis dan penyerapan agregat. Kerucut Abrams digunakan untuk pengujian slump pada waktu pembuatan adukan beton untuk benda uji, alat ini mempunyai ukuran diameter lubang atas 10 cm, diameter lubang bawah 20 cm, dan tinggi 30 cm. Tongkat baja mempunyai diameter 16 mm, panjang 60 cm. Papan begesting terbuat dari kayu, digunakan untuk mencetak beton pada waktu pengecoran benda uji agar adukan beton tidak tumpah. Cetakan silinder beton terbuat dari baja dengan diameter 15 cm dan tinggi 30 cm, alat ini digunakan pada waktu pemeriksaan berat satuan volume agregat dan untuk mencetak benda uji silinder beton. Mesin Los Angeles berbentuk silinder putar yang di dalamnya berisi bola baja dan digunakan untuk menguji ketahanan aus agregat kasar yang diteliti. Mesin uji kuat tekan beton digunakan untuk menguji kuat tekan silinder beton. Mesin uji tarik baja digunakan untuk menguji kuat tarik baja tulangan. Mesin uji lentur digunakan untuk menguji kuat lentur balok. Peralatan penunjang lain yang digunakan misalnya : alat getar cetakan (form vibrator), cetok, ember, meteran, penggaris siku, meteran, kaliper, gergaji dan lain lain. 23 Teknik Sipil, FST, Undana 3.5 Langkah-Langkah Penelitian 3.5.1 Tahap pemeriksaan dan persiapan bahan Persiapan dan pemeriksaan bahan susun beton dilakukan Laboratorium Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Sains dan Teknik Universitas Nusa Cendana. Bahan dan tahapan pemeriksaan meliputi pemeriksaan semen secara visual, uji kadar lumpur pasir, pemeriksaan berat satuan volume batu pecah, pemeriksaan keausan batu pecah, pemeriksaan berat jenis pasir, pemeriksaan gradasi pasir, pemeriksaan berat jenis batu pecah, pemeriksaan gradasi batu pecah, pemeriksaan kadar air batu pecah, pemeriksaan terhadap air dilakukan secara visual, pemeriksaan dan pengujian baja tulangan, yaitu uji tarik (Lab. Beton Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Kupang NTT), Pemeriksaan dan pengujian penghubung geser berupa paku polos dan paku ulir, yaitu uji tarik dan uji geser (Lab. Beton Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Kupang NTT), Pemeriksaan dan pengujian lentur balok kayu Jati. 3.5.2 Pembuatan dan perawatan benda uji 1) Pembuatan benda uji Langkah langkah yang dilakukan dalam pembuatan benda uji adalah sebagai berikut : a. Pemotongan balok kayu sesuai dimensi yang direncanakan. b. Pemasangan penghubung geser pada balok kayu. c. Pembuatan begesting plat beton diatas balok kayu yang telah dipasangi penghubung geser. d. Pembuatan adukan beton dengan proporsi campuran yang telah direncanakan. e. Pemeriksaan nilai slump, syarat nilai slump yang direncanakan dalam penelitian ini antara 7,5-15 cm. f. Pengecoran beton pada cetakan silinder dan begesting plat beton. 2) Perawatan benda Uji Prosedur Perawatan, setelah beton segar dituang dalam cetakan dan dibiarkan selama 24 jam, selanjutnya cetakan dibuka dan dilaksanakan perawatan 24 Teknik Sipil, FST, Undana selama 28 hari dengan cara direndam dalam bak perendaman untuk silinder beton dan dengan penyiraman terhadap permukaan plat beton agar kelembabannya terjaga, sedangkan pada balok kayu diusahakan agar tetap kering, agar kekuatannya tidak menurun. 3.5.3 Pengujian benda uji Pengujian terhadap benda uji yang akan dilakukan di laboratorium antara lain: 1) Pengujian kuat tarik tulangan dan paku (polos dan ulir) (a). Tampak depan Alat (b). Detail uji tarik Gambar 3.1. Skema pengujian kuat tarik tulangan dan paku (polos dan ulir) 2) Pengujian kuat geser paku polos dan paku ulir (a). Tampak depan Alat (b). Detail uji geser (c). Detail pot. A A Gambar 3.2. Skema pengujian kuat geser paku (polos dan ulir) P P 7cm 0.32cm 2.5cm 0.5cm 1.5cm 10cm 10cm 5cm 0.5cm 0.5cm P P P A A 25 Teknik Sipil, FST, Undana 3) Pengujian kuat lentur balok kayu jati (a). Penampang memanjang balok kayu (b). Pot. melintang A-A balok kayu Gambar 3.3. Skema pengujian kuat lentur balok kayu jati 4) Pengujian kuat tekan silinder beton dilakukan setelah beton berumur 28 hari. Gambar 3.4. Skema pengujian kuat tekan beton 5) Pengujian kuat lentur balok komposit kayu beton dilakukan setelah beton berumur 28 hari. (a). Pot. melintang A-A balok komposit (b). Penampang memanjang balok komposit Gambar 3.4. Skema Pengujian kuat lentur balok komposit A A 6cm 8cm 45cm7.5cm 7.5cm 30cm P 15cm P 6cm 5cm 8cm 20cm 10cm 75cm 10cm A A 26 Teknik Sipil, FST, Undana Gambar 3.5. Skema dimensi paku yang tertanam dalam kayu 3.6 Teknik Analisa Data Teknik analisa data dalam penelitian ini menggunakan teknik analisa Kualitatif. Dalam penelitian kualitatif, analisis data dilakukan sejak awal penelitian dan selama proses penelitian dilaksanakan. Data diperoleh, kemudian ditabelkan dan diolah secara sistematis. Dimulai dari observasi, mengedit, mengklasifikasi, mereduksi, selanjutnya aktivitas penyajian data serta menyimpulkan data (tizarrahmawan.wordpress.com, 2009). Dengan demikian, dalam penelitian ini analisa terhadap data-data yang diperoleh dari hasil penelitian yaitu untuk mengetahui seberapa besar kekuatan lentur balok komposit kayu beton dengan penghubung geser paku polos dan paku ulir melalui pengamatan kondisi fisik benda uji, analisis data dan pembahasan. Dari pembahasan tersebut kemudian ditarik kesimpulan. 1 3 h 2 3 h h b 27 Teknik Sipil, FST, Undana 3.7 Diagram Alir Penelitian Gambar 3.6. Flowchart Metode Penelitian Persiapan alat dan penyediaan bahan Paku polos Paku ulir Uji kuat tarik Uji kuat geser Pembuatan Benda uji silinder Beton dan Balok komposit Kayu - Beton Tes slump Air Agregat Semen Tulangan Balok Kayu Jati Uji kuat Tarik Uji kuat lentur Diperbaiki Uji Bahan Rencana Proporsi Adukan Beton Pembuatan Adukan Beton Tidak Ya Tidak Ya Perawatan Pengujian Kuat Tekan Beton dan Kuat Lentur Balok Komposit Kayu - Beton Analisis Data dan Pembahasan Kesimpulan SELESAI MULAI 28 Teknik Sipil, FST, Undana 3.8 Jadwal Pelaksanaan Penelitian Tabel 3.1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian Bulan Desember Januari Februari Minggu IV I II III IV I II III IV Jenis Pekerjaan 1 1 2 3 3 3 3 4 5 5 Keterangan : 1 = Pengujian Bahan 2 = Pembuatan Benda Uji 3 = Perendaman dan Perawatan Benda Uji 4 = Pengujian Benda Uji 5 = Pengolahan Data Hasil Pengujian 29 Teknik Sipil, FST, Undana DAFTAR PUSTAKA Anonim, 1961, Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia, NI 5, Departemen Pekerjaan Umum Indonesia, Bandung. Asroni, A, 1997, Struktur beton I (Balok dan Plat Beton Bertulang), Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. Asroni, A, 2003, Perbandingan Kuat Tekan, Kuat Lentur Dan Kuat Geser, Jurnal Teknik Gelagar Vol. 14, 01, 9-15. Departemen Pemukiman Dan Pengembangan Wilayah, 2000, Pedoman Teknis Standar Spesifikasi Komponen Struktur Lantai Tingkat Komposit Kayu Beton Untuk Gedung Dan Rumah (Pt S-10-2000-C), LPMB: Bandung. Fityastutik, A.P, 2002, Tinjauan Kuat Lentur Balok Komposit Kayu Mahoni Dengan Bambu, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. Grandi, R. 2000. Uji Penghubung Geser Balok Komposit Kayu-Beton terhadap Lentur, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Prakosa, U. 2008. Perilaku Komposit Kayu GluguBeton Dengan Penghubung Geser Pasak Terhadap Komponen Struktur Lantai Balok T, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan, Universitas Islam Indonesia, Yogyarta. Setyawan, Muh Ibnu Budi. 2006. Pengaruh Penambahan Serbuk Gergaji Kayu Jati (Tectona Grandis L.F) Pada Mortar Semen Ditinjau Dari Kuat Tekan, Kuat Tarik Dan Daya Serap Air, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang, Semarang. Sina, Dantje, 2010, Pedoman Praktikum Beton, Laboratorium Beton Jurusan Teknik Sipil Fakultas Sains Dan Teknik Universitas Nusa Cendana : Kupang. Tjokrodimuljo K, 1996, Teknologi Beton, PT. Nafiri, Yogyakarta. 30 Teknik Sipil, FST, Undana LAMPIRAN Tabel 1. Nilai deviasi standar, kg/cm2 Sumber : Tjokrodimuljo,1996 Tabel 2. Hubungan faktor air semen dan kuat tekan rata-rata beton pada umur 28 hari Sumber : Tjokrodimuljo,1996 Tabel 3. Faktor air semen maksimum Sumber : Tjokrodimuljo,1996 31 Teknik Sipil, FST, Undana Tabel 4. Nilai slump, cm Sumber : Tjokrodimuljo,1996 Tabel 5. Ukuran maksimum agregat, mm Sumber : Tjokrodimuljo,1996 Tabel 6. Perkiraan kebutuhan air (liter) berdasarkan nilai slump dan ukuran maksimum agregat Sumber : Tjokrodimuljo,1996 Tabel 7. Perkiraan kebutuhan agregat kasar per meter kubik beton, berdasarkan ukuran maksimum agregat dan modulus halus pasirnya, dalam m3 Sumber : Tjokrodimuljo,1996