46 - untb.ac.iduntb.ac.id/wp-content/uploads/2020/01/10_pemodelan... · bahan pengisi untuk...

46 | Jurnal Sangkareang Mataram ISSN No. 2355-92

Volume 5, No.4, Desember 2019 http://www.untb.ac.id/Desember-2019/

PEMODELAN BALOK KAYU LAMINASI DENGAN PERKUATAN BILAH BAMBUDITINJAU TERHADAP KUAT LENTUR

Oleh:Muammar Khadafi

Dosen Tetap pada Prodi Arsitektur UNTB

Abstrak : Teknologi kayu laminasi (glulam) adalah teknologi laminasi dengan menggunakan lembaranpapan-papan kayu atau potongan kayu-kayu yang relatif kecil disusun dan direkatkan dengan lem denganarah serat yang sejajar. Penggunaan kayu dan bambu sebagai bahan bangunan sangat menjanjikan untuksaat ini dan masa depan dan keduanya memiliki sifat mekanik yang tinggi, ringan, ramah lingkungan danekonomis.. Oleh karena itu, penelitian ini difokuskan pada penguatan kapasitas lentur balok kayu laminasidalam hal kekakuan, kekuatan dan daya dukung beban. Hasil Penelitian di laboratorium akan dilakukanpemodelan dengan program ABAQUS sebagai validasi terhadap hasil eksperimen. Pemodelan balok kayulaminasi dengan perkuatan bilah bambu dilakukan menggunakan FEM (Finite Element Method)menunjukkan hasil yang sesuai dengan eksperimen. Dari pemodelan yang dilakukan dengan bantuansoftware Abaqus/CAE 6.13-1 didapatkan nilai kuat lentur antara pemodelan dan hasil eksperimen. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa ada peningkatan yang signifikan dalam hal kuat lentur balok yangdiperkuat dengan bilah bambu dibandingkan dengan balok tanpa perkuatan. Peningkatan tertinggi pada ujilaboratorium terjadi pada spesimen BLM02 sebesar 9,42 MPa sedangkan pada analisis model denganprogram ABAQUS, peningkatan tertinggi juga terjadi pada spesimen BLM02 sebesar 9,07 MPa. Dari hasileksperimen dan analisis model dengan program ABAQUS terjadi rasio perbandingan kuat lentur padamasing = masing spesimen BLM01, BLM02, BLM03, BLM04 dan BLM05 berturut –turut sebesar 4,94MPa, 5,29 MPa , 4,90 MPa , 2,41 MPa dan 4,65 MPa.Kata kunci : bilah bambu, kuat lentur, laminasi, abaqus

PENDAHULUAN

Teknologi kayu laminasi (glulam) adalahteknologi laminasi dengan menggunakan lembaranpapan-papan kayu atau potongan kayu-kayu yangrelatif kecil disusun dan direkatkan dengan lemdengan arah serat yang sejajar. Laminasi papan-papan kayu ini akan menyebabkan dimensi kayudan berat jenis menjadi lebih besar. Namun,ketersedian kayu utuh yang relatif pendek (<5 m)menjadi suatu masalah untuk mendapatkan glulamdengan ukuran yang panjang. Kayu laminasi yangbiasa disebut glulam, menurut ASTM D3737dalam Moody and Hernandez (1997) adalah sebuahmaterial yang direkatkan dari beberapa lembarkayu (lamina) terpilih pada temperatur dan tekanantertentu dalam bentuk lurus atau lengkung, dimanaarah seratnya sejajar dengan sumbu logitudinalbatang. Proses perancangan kayu laminasidipengaruhi beberapa faktor seperti, tingkatkeahlian perancang, faktor kayu yang digunakanbeserta kombinasinya, perekat dan prosesperekatannya serta proses pengempaannya.Menurut Kollman (1975), kekuatan rekatan

meningkat seiring berkurangnya tebal garisrekatan. Pengempaan yang terlalu rendahmenyebabkan cacat perekatan, seperti melepuh,perekat tebal, dan pecah muka. Pengempaanterlampau tinggi juga menyebabkan cacatperekatan seperti kurang perekat atau tembusakibat penetrasi berlebih. Periode atau lamapengempaan pada balok laminasi tergantung daribeberapa faktor diantaranya sifat perekat dan kayu,ketebalan kayu laminasi, jumlah balok kayulaminasi yang dikempa, serta tingkat daya serapkayu terhadap air.

Hasil penelitian untuk mengetahui kuat lenturbalok kayu laminasi antara lain Anshari (2011)dihasilkan keteguhan rekat maksimum sebesar75,13 kg/cm2 dicapai dengan tekanan kempa 0,6MPa dengan perekat MF dan kuat lenturmaksimum mencapai 656,37 kg/cm pada tekanankempa 0,6 MPa dengan kombinasi kayu KeruingMeranti Keruing dan perekat MF. Fibrianto (2012)tekanan kempa yang diberikan sebesar 0,6 MPamendapatkan lama waktu pengempaan yang

ISSN No. 2355-9292 Jurnal Sangkareang Mataram| 47

http://www.untb.ac.id/Desember-2019/ Volume 5, No. 4, Desember 2019

optimum pada lama waktu pengempaan 12 jammenghasilkan tegangan lentur maksimum reratasebesar 527,16 kg/cm2 dengan lendutan reratamaksimal yang dicapai 8,21. Agus dan Ayu (2011)meneliti tentang kekakuan balok laminasi bambupetung yang memiliki kecenderungan naik daritekanan pengempaan 0,5 MPa sampai tekananpengempaan 2 MPa sedangkan Darwis (2010)melakukan penelitian tentang pengaruhpenggunaan kulit luar bambu pada lapisan mukabalok bambu laminasi menghasilkan kekuatan dankekakuan yang lebih baik sehingga lendutan yangterjadi lebih rendah dibandingkan dengan balokbambu laminasi yang tidak menggunakan kulit luarbambu.

Untuk menghasilkan suatu balok kayulaminasi yang memenuhi standar struktur.pemanfaatan kayu kelas kuat rendah menjadialternatif dalam penggunaan kayu sebagai kayustruktural. Perlu bahan pendamping kayu sebagaibahan pengisi untuk meningkatkan kelas kuat kayu.Salah satu alternatif adalah bambu. yangmempunyai kuat tarik yang cukup tinggi menjadibahan yang baik sebagai pengisi untukmeningkatkan kekuatan lentur pada kayu laminasi.Pemahaman akan perilaku mekanis laminasi kayudan bambu terhadap kuat lentur, dapat diperolehdari pengujian eksperimental di laboratorium. Ujieksperimental dilakukan untuk mendapatkan hasilgambaran mengenai respons struktur yangakurat,maka diperlukan data pengujian yang sangatbanyak. Hal ini mengakibatkan besarnya biayayang dibutuhkan serta waktu yang panjang. Untukmereduksi biaya dan waktu serta melengkapiinformasi-informasi yang tidak bisa diperolehmelalui studi eksperimental, bisa dilakukan denganstudi numerik. Studi numerik saat ini telahberkembang pesat seiring dengan semakinberkembangnya teknologi simulasi komputer.Keuntungan dari pemodelan dengan menggunakansoftware yaitu dapat mengemat waktu penelitian.Selain itu pemodelan menggunakan software jugahemat biaya dan dapat memodelkan langsungsesuai perencanaan/tanpa diskalakan.

Motede numerik yang paling banyakdigunakan saat ini adalah dengan menggunakanmetode elemen hingga (finite element methode)sebagai basic software untuk melakukan simulasiperilaku linear ataupun non-linear. ProgramABAQUS merupakan software komputer berbasis

elemen hingga yang digunakan untuk menganalisisperilaku berbagai produk dan bahan. FiniteElement Method (FEM) atau Metode ElemenHingga merupakan suatu cara untuk menyelesaikanpermasalahan dalam suatu bahan yang kompleksdengan membagi-baginyamenjadi wilayah ataubagian yang lebih kecil dimana selanjutnyapersamaan turunanlah yang akan membantumenyelesaikan masalah tersebut. Melaluipembentukan persamaan dari setiap wilayah ataubagian ini, sifat atau karakteristik yang ingindiketahui dari bahan secara utuh dapat ditentukan(Nikiskhov, 2004). Software ini dikeluarkan olehSIMULIA dan telah banyak digunakan oleh paraengineer berbagai bidang, baik mesin, industri,elektro maupun rekayasa sipil. Dalam kajian inisoftware yang digunakan adalah program ABAQUS6.13-1.

Beberapa penelitian yang berkolerasi dengankajian ini menunjukkan bahwa pemodelanmenggunakan program ABAQUS dapat digunakandalam berbagai jenis material. Penggunaan bambusebagai perkuatan pada balok kayu laminasiterhadap kuat lentur dengan perletakkan bilahbambu yang berbeda-beda. Penelitian ini dilakukandi laboratorium untuk menguji kekuatan lenturbalok kayu laminasi dengan menempelkan bilahbambu pada sisi tegang atau serat Tarik balok.Jumlah benda uji sebanyak 25 spesimen dengan 4variasi perletakan bambu antara lain , BLM02,BLM03, BLM04 dan BLM05 serta BLM01 tanpaperkuatan bilah bambu sebagai kontrol denganmasing – masing 5 spesimen.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuikemampuan kuat lentur masing-masing balok kayulaminasi terhadap variasi perletakan bilah bambupada setiap spesimen benda uji. Hasil pengujianyang dilakukan di laboratorium akan dibandingkandengan hasil analisis numerik denganmenggunakan program ABAQUS 6.13-1. sebagaipenunjang dalam memperkuat hasil eksperimental.

BAHAN DAN METODE

a. Bahan dan Alat

1. Bahan PenelitianBahan–bahan yang dipakai dalam penelitianini adalah Kayu Bajur, Bambu Petung,danPerekat Epoxy

2. Peralatan PenelitianAlat-alat yang dipakai terdiri dari



Alat–alat pembuatan benda uji seperti Gergaji,Mesin Serut, Alat Ukur dan Alat untukperekatan

Alat-alat pengujian pendahuluan seperti DryingOven, Timbangan, dan Alat Ukur/JangkaSorong.

Alat Untuk Pengujian mekanis sepertiCementFlexural and Compression Test,UniversalTesting Machine (UTM), Universal Flexureand Transverse Testing Machine

3. Peralatan Analisisi Numerik Alat analisis numerik adalah laptop, dengan

spesifikasi Processor : Intel Core i5-A455L, 2,7GHz, Memory : 4 GB RAM, VGA : NVIDIAGe Force 930M, Hardisk 500 GB HDD

b. Metode Penelitian

1. Pengujian LaboratoriumPenelitian berupa eksperimen yang dilakukanuntuk menguji kekuatan lentur balok kayulaminasi. Jumlah benda uji sebanyak 25spesimen, dengan 4 variasi perletakan bambudengan masing – masing 5 spesimen.Pengujian benda uji dilakukan dengan 2 (dua)beban titik atau metode pembebanan ke titiktiga (third point loading). Prosedur pengujiandilaksanakan berdasarkan SNI 03-3972-1995.Kemudian akan dilakukan analisis numerikuntuk membandingkan hasil pengujianlaboratorium.

2. Analisis NumerikAnalisis Numerik dilakukan denganpemodelan material yang akan disimulasikandalam softwere program ABAQUS 6.13-1.Dalam kajian digunakan benda uji yang samadengan kajian secara eksperimental. Benda ujiadalah Balok Kayu Laminasi antara kayubajur dan bambu dengan spesifikasi benda ujiseperti pada Tabel berikut:

Tabel 1. Jumlah dan Ukuran Benda Uji BalokKayu Laminasi

BLM01 BLM02

BLM03 BLM04

BLM05

Gambar 1 . Variasi Model Benda Uji Balok KayuLaminasi

c. Tahapan Analisis Numerik

Program ABAQUS digunakan untuk analisisvalidasi sebagai pembanding dari analisis hasil ujilaboratorium. Dalam kajian ini software yangdigunakan adalah ABAQUS 6.13-1. Beberapatahapan dalam melakukan proses analisismenggunaan softwareABAQUSini,adalah :1. Pengumpulan Data Sekunder

Tujuan dari pengumpulan data sekunder iniadalah untuk mendapatkan inputan data baikberupa data geometri maupun sifat-sifatmaterial dari uji pendahuluan, sehingga bentukpemodelan yang dibuat akan sesuai denganperilaku material tersebut pada keaadaansebenarnya.

2. Pemodelan Benda UjiPemodelan dilakukan dengan sistem koordinat3 dimensi yang dibuat menggunakan toolspada ABAQUS. Benda uji terdiri dari 2 macammaterial yang digabungkan, yaitu kayu bajurdan bambu. Tahapan selanjutnyamendefinisikan sifat material tersebutberdasarkan uji pendahuluan, menentukanbentuk dan jumlah pendiskritan menjadielemen finite masing-masing komponen,



penggabungan antara komponen tersebutmenjadi satu bagian, pendefinisian bentukkontak antara bidangnya harus diinput sesuaisifat pada kajian sebelumnya.a) Pembuatan Geometri (Part)

Pada tahapan ini, terdapat 2 buah modelyang harus dibuat, yaitu balok kayu danbilah. Kedua model tersebut dibuat dalambentuk 3 dimensi yang bertipe deformable,dan berbahan solid ekstrusion.

b) Pendefisian material (Property)Material properties yang digunakan dalampemodelan adalah kayu bajur dan bambu.Kayu merupakan jenis material yangmemiliki arah serat yang merupakan arahkekuatan kayu. Penentuan arah serat padasoftware ABAQUS dengan memberi arahTangensial, arah Radial dan arahLongitudinalData input ABAQUS didapatkan melaluidata uji pendahuluan dan data sekunder.Data Modulus Elastisitas di MaterialElastic Type Eingineering Constant danPlastic, pemasukan nilai di tentukan padatool ABAQUS Material Manager.Penentuan arah serat kayu pada ABAQUSdigunakan Assign Material Orientationmenggunakan Datum Axis Local untukmodulus elastisitas kayu dan bambu,disajikan pada tabel 2 dan tabel 3.

c) Penggabungan Model (Assembly)Pada tahapan ini, model-model yang telahdibuat akan digabungkan menjadi satukesatuan yang membentuk benda uji modelshell yang kita inginkan.

d) Penentuan Kondisi Batas (BoundaryCondition)Kondisi batas adalah batasan ataupenyangga fisis yang harus ada sehinggasuatu struktur atau benda dapat berdirisendiri di dalam ruang. Syarat-syarat iniumumnya diperinci dan dinyatakan sebagainilai-nilai yang diketahui dari besaran-besaran yang tak diketahui pada suatu

bagian permukaan dan atau gradien atauturunan dari besaran yang tidak diketahui.Pada benda uji kondisi batas diterapkandengan memberikan nilai displacementsebesar nol (tidak terjadi displacement)yang diletakkan pada bidang bawah keduabalok kayu laminasi.

e) MeshingSemua komponen benda uji didiskritmenjadi elemen-elemen kecil denganpemberian nodes, dimana jumlah tersebutmerupakan limit nodes yang diberikan olehABAQUS pada tool seed part.. Pembagianyang lebih detail pada suatu daerah tertentuakan memberikan informasi yang lebihakurat pada daerah tersebut mengenaiperilaku keruntuhan yang terjadi padasimulasi model.

f) Interaksi (Interaction )Masing-masing elemen yang dirakitmenjadi satu kesatuan memiliki link dalaminteraksinya satu dengan yang lain.Pendefinisian link ini memiliki beberapapilihan sesuai dengan kebutuhan padaABAQUSdan penelitian ini menggunakanInteraction

g) Pembebanan (Load)Pembebanan diberikan pada bagian bidangatas balok kayu laminasi. Besarnya gaya,akan disebarkan secara merata denganpembagian titik-titik gaya pada setiapnodes di bidang atas kayu laminasi tersebutdan tumpuan menggunakan tumpuan sendi.

h) Analisis ModelAnalisis model berada pada tool Job untukproses running model, dimana akandihasilkan suatu nilai dari pengujian modelyang sudah ditentukan. Output yangdidapatkan terbagi menjadi 2 bagian yaituberupa elemen dan nodal. Yang digunakansebagai pembanding eksperimenlaboratorium yaitu S11 berupa kuatlenturdan U2 berupa lendutan balok kayulaminasi.

Hasil yang diharapkan dari penelitian iniadalah simulasi pemodelan yang dilakukanberdasarkan analisis numerik menggunakanprogram ABAQUS secara umum memiliki polayang mendekati respon perilaku yang hampir samadengan perilaku yang didapatkan dari hasil ujilaboratorium.



HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Analisis Program ABAQUS

Hasil analisis menggunakan alat bantuprogram ABAQUS, menghasilkan deformasi padakomponen balok kayu laminasi. Gambar visualyang disajikan bertujuan mempermudah visualisasideformasi yang ada.

Gambar 2. Analisis Kuat Lentur KomponenBenda Uji Spesimen BLM01



Gambar 5. Analisis Kuat Lentur Komponen BendaUji Spesimen BLM04




Dari data hasil analisa yang dilakukan dapatdilihat perubahan kuat lentur balok kayu laminasidengan perkuatan bilah bambu pada spesimenBLM02, BLM03, BLM04 dan BLM05 terhadapbalok kayu laminasi yang tidak diperkuat bilahbambu spesimen BLM01 sebagai spesimen kontrolmasing-masing sebesar 9,07 MPa, 1,63 MPa, 4,94MPa dan 1,01 MPa.

Tabel 4. Hasil Analisis Kuat Lentur (S11) ProgramABAQUS

No.

Kode fb^ Perubahan

SpesimenRata-rata

fb^ fb^

(Mpa) ( MPa ) ( % )

1 BLM01 32.79 0.00 0.00

2 BLM02 41.86 9.07 27.66

3 BLM03 34.46 1.67 5.09

4 BLM04 37.73 4.94 15.07

5 BLM05 33.80 1.01 3.08

Perubahan kuat lentur terbesar terjadi padakombinasi balok kayu laminasi BLM02 denganrasio kenaikan sebesar 27.66% dan terendah padakombinasi balok kayu laminasi BLM05 denganrasio kenaikan sebesar 3,08% terhadap kuat lenturkontrol spesimen BLM01.

Dari hasil eksperimen dan analisis validasidengan program ABAQUS dapat dilihat rasioperbandingan kuat lentur pada masing-masingspesimen BLM01, BLM02, BLM03, BLM04 danBLM05 sebesar 15.06%, 12.64%, 14.21%, 6.39%dan 13.77%.

Tabel 5. Perbandingan Kuat Lentur HasilEksperimen dan Program ABAQUS

No.

Kode fb^ fb^ Perubahan

Spesimen Eksperimen ABAQUS fb^ fb^

(Mpa) (Mpa) (MPa) ( % )

1 BLM01 37.73 32.79 4.94 15.06

2 BLM02 47.15 41.86 5.29 12.64

3 BLM03 39.36 34.46 4.90 14.21

4 BLM04 40.14 37.73 2.41 6.39

5 BLM05 38.45 33.80 4.65 13.77

Grafik perbandingan kuat lentur balok kayulaminasi antara hasil eksperimen dengan programABAQUS pada balok kayu laminasi BLM01,

BLM02, BLM03, BLM04 dan BLM05 dapatdilihat pada Gambar 7 sampai Gambar 11.

Gambar 7. Kurva Perbandingan antara HasilEksperimen dan Program ABAQUSBalok Kayu Laminasi BLM01.


Gambar 9. Kurva Perbandingan antara HasilEksperimen dan Program ABAQUSBalok Kayu Laminasi BLM03




Gambar 11. Kurva Perbandingan antara HasilEksperimen dan ProgramABAQUSBalok Kayu LaminasiBLM05.

PENUTUP

Hasil penelitian menunjukkan bahwa adapeningkatan dalam hal kuat lentur balok yangdiperkuat dengan bilah bambu dibandingkandengan balok tanpa penguatan.

Hasil eksperimental merupakan hasil mutlakyang dijadikan sandaran dalam kajian. Adapunpemodelan hanya bersifat sebagai penunjang dalammemperkuat hasil eksperimental.

Dari hasil eksperimen dan analisis modeldengan program ABAQUS terjadi rasioperbandingan kuat lentur pada masing-masingspesimen BLM01, BLM02, BLM03, BLM04 danBLM05 berturut–turut sebesar 4,94 MPa, 5,29 MPa, 4,90 MPa , 2,41 MPa dan 4,65 MPa denganprosentasi berturut-turut 15.06%, 12.64%, 14.21%,6.39% dan 13.77%.

Pada analisis model dengan programABAQUS, peningkatan tertinggi sebesar 9,07 MPadan terendah sebesar 1,01 MPa

DAFTAR PUSTAKA

Agus dan Suzanna, AK. (2011) PengaruhPengempaan Terhadap kuat lentur BalokLaminasi Bambu Petung, Jurnal PoliRekayasa Volume 6, Nomor 2, hal. 89-94

Ade Utama, EB. (2010) Sambungan Kuda-KudaBambu Laminasi Dengan Papan KayuMerbau Dengan Alat Sambung Perekat,Skripsi, Universitas Mataram, Mataram.

Anshari, B. (2006) Variasi Tekanan KempaTerhadap Kuat Lentur Kayu Laminasi,Jurnal Civil Engineering Dimension, Vol.8, No. 1, hal. 25–33.

Darwis, Z. ( 2010) Kapasitas Geser Balok BambuLaminasi Terhadap Variasi Perekat Laburdan Kulit Luar Bambu, Jurnal MediaTeknik Sipil, Volume X, hal 14 – 21.

Fibrianto, A. (2012) Lama Waktu PengempaanOptimum Untuk Menghasilkan KuatLentur Maksimum Kayu Laminasi DariKayu Meranti Dan Keruing, Skripsi,Unej, Jember.

Moody RC and Hernandez. 1997. GluedLaminatedTimber. Di dalam:Engineeredwood products-A guide forspecifiers,designers and users..Madison,WI: USDA Forest Service, ForestProducts Laboratory Hlm. 5-6.

Prayitno, T.A. (1996), Perekatan Kayu, FakultasKehutanan Universitas Gajah Mada,Yogyakarta.

Selbo, M.L. and Freas, A.D. (1954) Fabricationand Design of Glued Laminated WoodStructural Members, United StatesDepartement of Agriculture, WashingtonD.C.

Utami, PD. (2010) Perilaku Lentur Balok KayuLaminasi Dengan Bahan Pengisi Bambu,Skripsi, Universitas Mataram, Mataram.

Basuki, A. (2013),Pasak dari Bambu. JurusanTeknik Sipil Fakultaas Teknik UNSSurakarta

Da Vinci Leonardo (2008) Handbook TimberStructure Educational Materials forDesigning and Testing of TIMBERStructures - TEMTIS

Johan Vessby et al (2009), Experimental study ofcross-laminated timber wall panels.Eur.J.Wood Prod.

Karacabeyli E, P.Eng and Douglas B. P.E. (2013)CLT Handbook, U.S. Edition

Moody RC and Hernandez. 1997. GluedlaminatedTimber . Di dalam :Engineeredwood products-A guide forspecifiers,designers and users..Madison,WI : USDA Forest Service, ForestProducts Laboratory Hlm. 5-6.

Tambunan L. (2009), Modulus Elastisitas DanKekuatan Tekan Glued LaminatedTimber (Glulam), Fakultas KehutananInstitut Pertanian Bogor

Permata Sari R.J (2011), Karakteristik BalokLaminasi dari Kayu Sengon(Paraserianthes falcataria (L.) Nielson),Manii (Maesopsis Eminii Willd.), dan



Akasia (Acacia mangium Engl.) FakultasKehutanan Institut Pertanian Bogor

SNI 03-6850-2002, Metode Pengujian PengukuranKadar air, Kayu dan bahan berkayu

SNI 03-3399-1994, Metode pengujian kuat tarikkayu di laboratorium

Tjondro J. A., D. R. Widarda and B. Hartanto.(2013a). The flexural strength andbehaviour of cross nail-laminated timberfloor. The 6th Civil EngineeringConference in The AsianRegion, Jakarta,August 20-22, 2013.

Tjondro, J.A., dan Beni Kusumo, (2013b), KuatLentur dan Perilaku Balok Papan KayuLaminasi Silang dengan Perekat.Konferensi Nasional Teknik Sipil 7(Konteks 7), Surakarta, 24-25 Oktober2013.

46 - untb.ac.iduntb.ac.id/wp-content/uploads/2020/01/10_pemodelan... · bahan pengisi untuk...

Documents