1. Pendahuluan
Wood plastic composites (WPC) merupakan salah satu produk hasil rekayasa kayu yang sudah dikenal di industri konstruksi. WPC disebut sebagai rekayasa kayu berkonsep green material karena terbuat dari serat kayu dan termoset atau termoplastik tanpa ditambah zat kimia beracun (Ashori, 2008). WPC semakin popular untuk penggunaan pada interior dan eksterior konstruksi karena material ini merupakan campuran kayu dan plastik yang kuat, tahan lama, tahan terhadap kelembaban yang tinggi, tahan terhadap serangan serangga dan tidak membusuk (Balma, 1999).
WPC adalah bahan struktur pengganti kayu yang terbuat dari limbah serbuk kayu dan limbah polimer plastik HDPE (High Density Polyethylene). WPC memiliki permukaan yang lebih halus, murah, bahan bakunya melimpah, kedap air, anti rayap dan anti jamur sehingga penggunaanya awet dan tahan lama. WPC banyak digunakan untuk keperluan interior dan eksterior seperti penutup lantai, dinding, pagar, dan plafon. WPC memiliki kuat geser yang tinggi bila dibandingkan dengan kayu, itu memungkinkan digunakannya WPC sebagai material struktural, namun masih sebatas pada struktural yang membutuhkan kuat geser saja (Arnandha, 2016).
Penggunaan WPC untuk material struktural sangat jarang ditemukan, karena sejak awal diperkenalkan WPC lebih banyak digunakan untuk material non struktural. Beberapa peneliti telah meneliti sifat fisik dan mekanis WPC sebagai komponen struktur, salah satunya adalah kuat geser. WPC mempunyai kuat geser 25-30 MPa, lebih tinggi dibandingkan dengan papan kayu lapis maupun kayu pada umumnya. WPC memiliki potensi untuk digunakan sebagai dinding geser (Wijanarko, 2016). Penelitian yang dilakukan oleh Sudrajad (2020) didapatkan bahwa kuat lentur WPC adalah 21,47 MPa.
Produk kayu komposit berbasis veneer seperti kayu lapis atau Laminated Veneer Lumber (LVL), umumnya digunakan dalam konstruksi kayu. LVL merupakan gabungan beberapa veneer kayu yang direkatkan dengan perekat dan dikempa di bawah temperature dan tekanan yang tinggi. Keunggulan LVL dibandingkan kayu adalah sifat mekanik yang lebih tinggi dan ukuran yang lebih besar (Stark dkk, 2010).
Di Indonesia LVL telah banyak dikembangkan. Salah satu produk LVL adalah LVL dari kayu sengon. LVL sengon adalah satu jenis kayu komposit struktural dari kayu sengon yang diproduksi dengan melaminasi veneer setebal 3,2 hingga 2,5 mm dengan semua lapisan sejajar dengan panjangnya (Awaludin, 2018). Kayu sengon dengan nama latin Paraserianthes falcataria merupakan jenis kayu yang banyak tumbuh di daratan tropis. Kayu ini mudah ditemui karena mudah tumbuh dan membutuhkan waktu yang relatif tidak lama untuk mencapai masa panen (Ma'ali dkk, 2014).
Sambungan diperlukan untuk menghubungkan dua atau lebih komponen struktur. Adanya sambungan
dapat berfungsi untuk memperpanjang batang atau menggabungkan beberapa batang pada satu buhul (Awaludin, 2005). Adanya sambungan dapat mengatasi keterbatasan panjang batang struktur namun menjadikan batang tersebut mempunyai kapasitas yang lebih rendah. Sambungan menjadi titik perlemahan dalam suatu struktur sehingga pada titik ini perlu menjadi perhatian yang lebih.
Baut merupakan salah satu alat sambung yang umum digunakan dalam konstruksi. Sebagai alat sambung, desain sambungan didasarkan pada tahanan lateral alat sambung tersebut. European Yield Model (EYM) adalah teori yang menjadi acuan perhitungan kekuatan sambungan kayu yang kemudian diadopsi oleh American Forest & Paper Association (AF & PA) sebagai dasar National Design Spesification (NDS) for Wood Construction untuk analisis perhitungan tahanan lateral sambungan kayu.
Pemeriksaan terhadap baut sebagai alat sambung WPC dan LVL perlu dilakukan agar menjadi masukan pengembangan pemakaian WPC dan LVL sebagai bahan struktur, mengingat WPC dan LVL merupakan produk pengembangan kayu agar didapatkan produk struktur yang lebih ramah lingkungan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan informasi kinerja sambungan terkait pemakaian baut sebagai alat penyambung antara WPC dan LVL.
2. Tahanan Lateral
Nilai tahanan lateral didapat apabila kapasitas tekan kayu di bawah sambungan terlampaui atau terjadinya satu atau lebih sendi plastis pada alat sambung (Soltis, 1991). Dijelaskan dalam National Design Specification (NDS) for Wood Construction tahun 2018, terdapat 6 mode kegagalan sambungan satu irisan. Mode kegagalan tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.
Persamaan tahanan lateral dari masing-masing mode kegagalan pada Tebel 1 adalah sebagai berikut
Mode Im
\[Z = \frac{D \, Im \, Fem}{Rd} \tag{1}\]
Mode Is
\[Z = \frac{D \, Is \, Fes}{Rd} \tag{2}\]
Mode II
\[Z = \frac{k1 \, D \, Is \, Fes}{Rd} \tag{3}\]
Mode IIIm
\[Z = \frac{k2 D Im Fem}{(1 + 2Re)Rd} \tag{4}\]
Mode IIIs
\[Z = \frac{k3 D Is Fes}{(2 + Re)Rd} \tag{5}\]
Mode Im
Tabel 1. Mode kegagalan sambungan satu irisan
| Mode | Sketsa | Deskripsi mode |
|---|---|---|
| lm | # Decorated by the second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second second seco | Kegagalan tumpu komponen kayu utama, pada kegagalan ini terdapat satu atau dua bidang geser |
| ls | * | Kegagalan tumpu komponen kayu samping dan bidang geser yang terjadi bisa satu maupun dua bidang geser |
| II | • | Kegagalan tumpu komponen kayu utama dan kayu samping, sehingga memiliki satu bidang geser |
| IIIm | * | Kayu utama mengalami kerusakan dan alat sambung yang terletak pada kayu samping mulai gagal, moda ini memiliki satu bidang geser |
| IIIs | * | Memiliki satu maupun dua bidang geser akibat kerusakan terjadi pada kayu samping dan alat sambung yang terletak pada kayu utama mulai gagal |
| IV | * | Alat sambung yang terletak pada kayu utama dan kayu samping mengalami kegagalan |
\[Z = \frac{D^2}{Rd} \sqrt{\frac{2 Fem Fyb}{3 (1 + Re)}} \tag{6}\]
Keterangan:
Z = tahanan lateral nominal (N)
Fes kuat tumpu baut pada komponen struktur
samping (MPa)
kuat tumpu baut pada komponen struktur Fem =
utama (MPa)
Ddiameter polos baut (mm) kuat leleh lentur baut (MPa) Fyb
Rd= syarat reduksi
lm= panjang tumpu pasak pada komponen utama (mm) struktur
ls = panjang tumpu pasak pada komponen struktur samping (mm)
\[K\Theta = 1 + 0.25 \left(\frac{\theta}{90}\right) \tag{7}\]
Keterangan:
sudut maksimum antara arah beban dan arah serat kayu \((0 \le \Theta \le 90)\)
diameter terukur baut pada bagian polos, mm
KD =2,2 untuk D \(\leq\) 4,318 mm
= 10 D / 25,4 + 0,5 untuk 4,318mm<D \(\leq\)6,35mm
Penentuan besar reduksi dapat dilihat pada Tabel 2.
Tahanan lateral dari berbagai kondisi mode kegagalan yang ditunjukan pada Tabel 1 dihitung untuk kemudian dicari prediksi tahanan lateral secara analitis. Proses perhitungan didasarkan dari hasil pemeriksaan bahan yang dapat dilihat pada Tabel 3. Nilai tahanan lateral analitis diambil dari nilai terkecil berdasarkan Persamaan (1) sampai dengan Persamaan (6). Nilai tahanan lateral analitis terkecil dari berbagai mode kegagalan dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 2. Nilai reduksi berdasarkan ukuran baut
| Ukuran baut | Mode Kegagalan | Nilai Reduksi (Rd) |
|---|---|---|
| Im, Is | 4 KO | |
| 6,35 mm ≤ D ≤ 25,4 mm | II | 3,6 КӨ |
| IIIm, IIIs, IV | 3,2 КӨ | |
| D≤ 6,35 mm | Im , Is , II , IIIm , IIIs , IV | KD |
Tabel 3. Hasil pemeriksaan bahan
| Baut | Hasil pemeri | ksaan | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Daul | BU-1 (mm) | BU-2 (mm) | BU-3 (mm) | BU-4 (mm) | BU-5 (mm) | Im (mm) | Is (mm) | Fem (MPa) | Fes (MPa) | Fyb (MPa) |
| Baut 6 | 6,07 | 6,05 | 6,01 | 6,07 | 6,08 | 40,00 | 40,00 | 64,80 | 23,76 | 406,42 |
| Baut 8 | 7,64 | 7,65 | 7,66 | 7,70 | 7,71 | 40,00 | 40,00 | 64,20 | 20,60 | 429,01 |
| Baut 10 | 9,21 | 9,23 | 9,28 | 9,24 | 9,21 | 40,00 | 40,00 | 60,50 | 18,42 | 488,62 |
| Baut 12 | 12,44 | 12,43 | 12,41 | 12,43 | 12,42 | 40,00 | 40,00 | 51,20 | 16,80 | 481,62 |
Tabel 4. Nilai tahanan lateral terkecil dari berbagai mode kegagalan
| Diameter baut | Tahanan lateral (N) | Mada kagagalan | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (mm) | BU-1 | BU-2 | BU-3 | BU-4 | BU-5 | Rata-rata | - Mode kegagalan |
| 6 | 878 | 866 | 884 | 887 | 887 | 880 | IV |
| 8 | 1.035 | 1.037 | 1.038 | 1.047 | 1.047 | 1.041 | IIIs |
| 10 | 1.356 | 1.361 | 1.374 | 1.356 | 1.364 | 1.362 | IIIs |
| 12 | 1.857 | 1.855 | 1.852 | 1.855 | 1.854 | 1.855 | II |
3. Metodologi Penelitian
Benda uji penelitian adalah balok WPC dan LVL sengon yang disambung dengan baut. Dimensi WPC adalah 40 x 60 x 90 mm sedangkan dimensi LVL adalah 40 x 60 x 120 mm. WPC disambung dengan LVL menggunakan baut pada jarak 30 cm dari sisi terluar sambungan seperti pada Gambar 1. Pertimbangan jarak pelubangan telah didasarkan ASTMD 5652-95 (Standard Test Methods for Bolted Connection in Wood and Wood-Base Products). Pertimbangan panjang terbebani dan panjang tidak terbebani didasarkan pada ASTM D 5764-97a (Standard Test Method for Evaluating Dowel Bearing Strength of Wood). Baut yang dipakai dalam penelitian ini mempunyai variasi diameter 6 mm, 8 mm, 10 mm, dan 12 mm. Lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 5.
Jumlah benda uji setiap variasi sebanyak 5 buah. Keterangan jumlah benda uji dapat dilihat pada Tabel 6. Setting pengujian dapat dilihat pada Gambar 2.
4. Hasil dan Pembahasan
Hasil pengujian menunjukan bahwa diameter baut berpengaruh terhadap kenaikan kapasitas sambungan. Semakin besar diameter baut, kapasitas sambungan yang dapat ditumpu juga semakin tinggi. Secara menyeluruh terjadi kenaikan kuat sambungan baut
Gambar 2. Setting pengujian
Tabel 6. Keterangan dan kode benda uji
| Diameter baut (mm) | Jumlah benda uji |
|---|---|
| 6 | 5 |
| 8 | 5 |
| 10 | 5 |
| 12 | 5 |
mulai dari diameter 6 mm, 8 mm, 10 mm sampai 12 mm pada benda uji ke 1 (BU-1), benda uji ke 2 (BU-2), benda uji ke 3 (BU-3), benda uji ke 4 (BU-4) dan benda uji ke 5 (BU-5). Kapasitas sambungan dipresentasikan dalam Tabel 7.
Gambar 3 menunjukan hubungan antara diameter baut dan kapasitas sambungan. Terjadi kenaikan rata-rata kapasitas sambungan dari diameter 6 mm, 8 mm, 10 mm sampai 12 mm. Berdasarkan grafik dapat dilihat bahwa peningkatan diameter baut terhadap kapasitas sambungan tidaklah linear. Tabel 8 menunjukan prosentase peningkatan kapasitas sambungan baut. Peningkatan kapasitas terbesar terjadi pada sambungan baut berdiameter 10mm. Dibandingkan dengan sambungan baut berdiameter 6mm peningkatanya sebesar 56%. Gambar 1. Detail penyambungan
| Tabel 5. Detail ukuran penyambungan |
|---|
| Diameter baut | Parameter dimensi | Syarat minimal | Ukuran LVL (mm) | Ukuran WPC (mm) |
|---|---|---|---|---|
| Tebal | 24 | 40 | 40 | |
| Lebar | 50 | 60 | 60 | |
| 6, 8, 10, 12 | Panjang tepi terbebani | 50 | 90 | 60 |
| Panjang tepi tidak terbebani | 25 | 30 | 30 |
Tabel 7. Kapasitas sambungan
| Diameter baut | Kapasitas sambungan (N) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| (mm) | BU-1 | BU-2 | BU-3 | BU-4 | BU-5 | Rata-rata |
| 6 | 5.915 | 5.436 | 6.886 | 5.381 | 4.811 | 5.686 |
| 8 | 6.637 | 6.563 | 6.286 | 5.792 | 5.784 | 6.212 |
| 10 | 7.319 | 11.719 | 8.299 | 8.015 | 12.996 | 9.670 |
| 12 | 10.536 | 10.064 | 9.970 | 10.496 | 10.891 | 10.391 |
254 Jurnal Teknik Sipil
Gambar 3. Peningkatan kapasitas sambungan terhadap diameter baut.
Tabel 8. Prosentase peningkatan kapasitas sambungan terhadap diameter baut.
| Diameter baut (mm) | Kapasitas sambungan (N) | Prosentase kenaikan |
|---|---|---|
| 6 | 5686 | |
| 8 | 6212 | 9% |
| 10 | 9670 | 56% |
| 12 | 10391 | 7% |
Kegagalan pada sambungan dipengaruhi kuat tumpu kayu dan kuat leleh baut. sambungan dapat terjadi pada kayu, baut maupun keduanya. Kegagalan yang dialami oleh kayu terjadi akibat dari kuat tumpu baut yang lebih tinggi dari kayu sehingga merusak kayu tersebut. Kegagalan dapat terjadi pada kayu utama atau kayu samping, bisa juga terjadi pada keduanya. Sebaliknya, kegagalan pada baut dapat terjadi karena sambungan tidak bekerja secara optimal dan atau kuat tumpu baut lebih rendah dari kayu sehingga mengalami kegagalan berupa bengkok. Kegagalan sambungan dapat dilihat dari mode kegagalan yang terjadi. Benda uji berdiameter sama rata-rata mengalami mode kegagalan sambungan yang sama pula. Tabel 9 memberikan gambaran kegagalan sambungan dari masing-masing benda uji berdasarkan diameter baut penyambung. Dibandingkan dengan hasil perhitungan analitis, terdapat kesamaan hasil antara sambungan baut diameter 6mm, 8mm dan 10 mm. Perbedaan hasil hanya terjadi pada sambungan baut diameter 12 mm. Hal ini disebabkan karena pada saat pengujian posisi benda uji mengalami pergeseran dan mengakibatkan baut terlebih dahulu mengalami deformasi. Perbandingan mode kegagalan berdasarkan hasil perhitungan secara analitis dengan hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 10.
Tahanan lateral pengujian didapatkan berdasarkan teori EYM. Tahanan lateral pengujian dapat dilihat pada Tabel 11.
Tabel 9. Mode kegagalan sambungan
| Diameter baut (mm) | Bentuk kerusakan baut penyambung | Mode kegagalan | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 | IV | |||||
| 8 | IIIs | |||||
| 10 | IIIs | |||||
| 12 | IIIs | |||||
Tabel 10. Perbandingan mode kegagalan berdasarkan hasil perhitungan secara analitis dengan hasil pengujian.
| Mode kegagalan | ||||
|---|---|---|---|---|
| Diameter baut (mm) | Analitis | Pengujian | ||
| 6 | IV | IV | ||
| 8 | IIIs | IIIs | ||
| 10 | IIIs | IIIs | ||
| 12 | II | IIIs | ||
Tabel 11. Tahanan lateral pengujian
| Tahanan lateral (N) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Diameter baut (mm) | BU-1 | BU-2 | BU-3 | BU-4 | BU-5 | Rata-rata |
| 6 | 2.667 | 2.431 | 2.451 | 2.824 | 2.437 | 2.562 |
| 8 | 3.530 | 3.824 | 3.481 | 3.579 | 3.186 | 3.520 |
| 10 | 4.140 | 4.608 | 4.780 | 4.780 | 4.412 | 4.544 |
| 12 | 8.008 | 7.191 | 7.681 | 7.436 | 7.634 | 7.590 |
Tabel 12 menunjukan prosentase peningkatan tahanan lateral hasil pengujian. Peningkatan tahanan lateral terbesar terjadi pada sambungan baut berdiameter 12mm. Dibandingkan dengan sambungan baut berdiameter 10 mm peningkatanya sebesar 67%.
Gambar 4 menunjukan perbandingan nilai tahanan lateral secara analitis dan pengujian. Nilai tahanan lateral secara analitis lebih kecil dibandingkan nilai tahanan lateral pengujian.
Tabel 12. Prosentase peningkatan tahanan lateral terhadap diameter baut.
| Diameter baut (mm) | Tahanan Lateral (N) | Prosentase kenaikan |
|---|---|---|
| 6 | 2.562 | |
| 8 | 3.520 | 37% |
| 10 | 4.544 | 29% |
| 12 | 7.590 | 67% |
Gambar 4. Perbandingan nilai tahanan lateral secara analitis dan pengujian
5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa:
- 1. Diameter baut berpengaruh terhadap kuat sambungan, tahanan lateral dan pola kegagalan sambungan. Semakin besar diameter baut maka kuat sambungan dan tahanan lateral juga semakin besar.
- 2. Pola kegagalan pada baut diameter 6 adalah kegagalan pada alat sambung yang terletak pada kayu utama dan kayu samping (IV) sedangkan pola kegagalan baut diameter 8, 10 dan 12 berturut-turut adalah pada satu maupun dua bidang geser akibat kerusakan terjadi pada kayu samping dan alat sambung yang terletak pada kayu utama (IIIs).
- 3. Tahanan lateral hasil pengujian lebih tinggi dari pada hasil pengujian secara teoritis.