bab 4 pengujian laboratorium - digilib.itb.ac.id · verifikasi dilakukan dengan membuat 2 model,...

Laporan Tugas Akhir

Pemanfaatan Material Bambu sebagai Material

Bangunan Sederhana di Daerah Rawan Gempa IV-1

BAB 4

PENGUJIAN LABORATORIUM

Uji laboratorium dilakukan untuk mengetahui kekuatan dan perilaku struktur bambu akibat

beban rencana. Pengujian menjadi penting karena bambu merupakan material yang

tergolong baru dalam ilmu rekayasa, dimana belum ada standar bangunan yang pasti

maupun software simulasi struktur yang akurat untuk penggunaan material. Pemodelan

bangunan bambu menggunakan software seperti SAP 2000 dapat dilakukan untuk

memperoleh gaya dalam dan perilaku struktur secara umum, namun tidak dapat menggali

kekuatan dan kelemahan material yang sebenarnya karena tidak dapat menunjukkan

perilaku keruntuhan bambu sebagai elemen penyusun sistem struktur maupun kegagalan

sambungan secara visual.

Verifikasi dilakukan dengan membuat 2 model, yakni kuda-kuda atap dan portal bangunan.

Kedua model tersebut dianggap sebagai komponen bangunan yang paling mewakili dalam

menguji keandalan bangunan karena kedua komponen itu adalah bagian utama dari rangka

penyusun sistem struktur bangunan.

Secara umum, tujuan dari uji laboratorium ini yaitu:

1. Memastikan bahwa struktur kuat menahan beban rencana

2. Memastikan bahwa model sambungan yang dibuat menghasilkan kontinuitas aliran

beban yang sempurna

3. mengetahui pola keruntuhan pada struktur bambu

4. Verifikasi keakuratan metoda perhitungan teoritis

5. Memastikan kemudahan pembuatan sistem sambungan

4.1 Uji Model Kuda-Kuda Atap

Pengujian dengan menggunakan spesimen kuda-kuda atap dilakukan dengan

memodelkan beban yang terjadi pada atap sebagai beban terpusat pada posisi-posisi

gording pada arah gravitasi. Simulasi beban lateral pada percobaan ini tidak

dilakukan karena keterbatasan kemampuan alat uji.

4.1.1 Pengembangan Model Kuda-Kuda Atap

Kuda-kuda atap yang dibuat pada tugas akhir ini merupakan perbaikan dari kuda-

kuda atap bambu yang umum digunakan. Perbedaannya adalah pada detail

sambungan. Kuda-kuda atap yang umum digunakan oleh masyarakat menggunakan

tali sebagai alat sambung yang juga menahan gaya geser sambungan sedangkan

Laporan Tugas Akhir



kuda-kuda atap yang dibuat pada tugas akhir ini menggunakan beberapa jenis alat

sambung yakni tali, baut, dan batang bambu.

Secara umum konsep sambungan yang mempertahankan aliran gaya untuk kuda-

kuda atap sudah dibahas pada BAB III, namun ada sedikit perbedaan fungsi alat

sambung untuk model kuda-kuda atap. Jenis-jenis sambungan yang digunakan dapat

dilihat pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Sambungan pada kuda-kuda atap

Penjelasan mengenai jenis-jenis sambungan yang digunakan pada kuda-kuda yakni:

Sambungan 1: Sambungan yang hanya menggunakan tali

Sambungan yang hanya menggunakan tali didesain digunakan untuk

menahan posisi bambu agar arah aliran gaya yang terjadi tidak berubah. Pada

titik sambungan ini, gaya yang terjadi tidak menggeser sambungan atau dapat

terjadi gaya-gaya yang menggeser sambungan namun besarnya tidak

signifikan untuk diperhitungkan.

Sambungan 2: Sambungan menggunakan baut dan batang bambu tambahan

dengan tidak memperhitungkan kekuatan sambungan baut

Pada sambungan jenis ini, baut dan batang bambu hanya berfungsi sebagai

pengikat yang mempertahankan posisi batang sehingga arah aliran gaya tetap

terjaga. Pada Gambar 4.1, pergeseran batang a dan b ditahan oleh sambungan

3 di ujung kiri dan kanan balok bambu. Batang g berfungsi untuk menjaga

kesatuan batang-batang a, b, dan e sehingga gaya yang terjadi di puncak

kuda-kuda (ujung batang e) dapat dialirkan ke batang a dan b.

Laporan Tugas Akhir



Sambungan 3: Sambungan menggunakan tali, baut, dan batang bambu

tambahan dengan memperhitungkan kekuatan sambungan baut.

Fungsi sambungan baut dan batang bambu di sini adalah untuk menahan

gaya geser yang terjadi dari tekanan batang pengaku di atasnya. Fungsi tali

adalah untuk mencegah perubahan posisi batang sehingga arah aliran gaya

dapat dipertahankan.

4.1.2 Pra Pengujian

Sebelum percobaan, model spesimen kuda-kuda dianalisa dengan software SAP

2000 versi 9 seperti pada Gambar 4.2. Pemodelan beban gravitasi dilakukan dengan

membuat beban virtual 1 satuan pada titik2 beban. Kemudian setelah running

program, dicatat gaya dalam maksimum serta deformasi yang terjadi pada struktur

akibat beban 1 satuan pada elemen dan sambungan.

*) keterangan : = LVDT

Gambar 4.2 Model Spesimen Kuda-Kuda

Selanjutnya, Kekuatan struktur (elemen struktur dan sambungan) diperoleh dari

perhitungan manual seperti pada BAB III dengan memperhitungkan gaya dalam

maksimum yang diperoleh dari sifat material, geometri penampang, dan panjang

elemen struktur. Dengan membagi gaya dalam maksimum dengan gaya dalam akibat

beban 1 satuan diperoleh beban terpusat maksimum yang dapat dipikul oleh struktur.

4.1.2.1 Pengecekan Syarat Kekuatan

Dengan menggunakan metoda perhitungan pada BAB III, diperoleh:

Beban atap total rencana yang ditanggung kuda-kuda :

Ptotal = 12.6 KN

Beban atap rencana ini termasuk beban genting penutup atap, reng, kaso, gording,

dan beban hujan.

Laporan Tugas Akhir



Beban rencana pada masing-masing titik beban :

Pr = 12.6/5 = 2.52 KN

Kuat tekan batang 80/10 terpanjang, yakni segmen terbawah batang a dan b dimana

terdapat LVDT 4 pada Gambar 4.2, berdasarkan (3-5) hingga (3-8):

Tu = 21.034 KN

Gaya tekan terbesar pada batang akibat beban virtual 1 KN pada titik-titik beban:

P = 3.8 KN

P runtuh = Tu/P = 5.53 KN > Pr (menentukan)

Kuat geser sambungan berdasarkan rumus (3-14) dengan 2 baut 10 mm (Gambar

4.3) :

Vu = 2*14.9 = 29.8 KN

Geser yang terjadi akibat beban 1 KN :

V = 1.13 KN

P runtuh = Vu/V = 26.3 KN > Pr (tidak menentukan)

Gambar 4.3 Detail Sambungan Ujung

4.1.2.2 Hipotesa Keruntuhan pada Pengujian

Dari perhitungan diatas, dapat disusun hipotesa bahwa struktur akan kuat dan layan

menahan beban rencana, namun jika terjadi beban per titik (Pr) melebihi 5.53 KN atau

Ptotal melebihi 27.65 KN keruntuhan akan terjadi akibat tekan mulai dari segmen

terbawah batang a dan b Gambar 4.1.

4.1.3 Prosedur Pengujian

Alat-alat yang digunakan dalam pengujian ini yakni:

Laporan Tugas Akhir



Loadcell

LVDT

Data logger

Spesimen kuda-kuda

Alat-alat pendukung yang terdiri dari:

o H beam

o Perletakan

o Lengan Beban

Foto set pengujian dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Peralatan Pengujian

Beban awal berasal dari berat frame atas beserta lengan beban dan berat loadcell.

Total beban awal ini adalah 315 kg. Selanjutnya beban ditambahkan perlahan-lahan

dengan pembebanan dari loadcell. Beban dari beban awal dan loadcell

didistribusikan secara merata ke 5 titik beban yang mensimulasikan posisi-posisi

gording (lihat Gambar 4.1).

LVDT berfungsi untuk mencatat deformasi yang terjadi pada struktur. Penempatan

LVDT serta indeksnya dapat dilihat pada Gambar 4.3.

4.1.4 Hasil Pengujian

Hasil pengujian dapat dilihat secara grafik pada Gambar 4.5. Tabel hasil pengujian

dapat dilihat pada Lampiran D. Pada pengujian ini, keruntuhan pertama terjadi pada

Laporan Tugas Akhir



beban 767 kg, ditandai dengan terbelahnya penampang bambu yang lebih muda

(ujung bambu) d sekitar perletakan akibat penampang terjepit antara kuda-kuda dan

perletakan. Keruntuhan kedua terjadi pada beban 1234 kg dengan kejadian yang

sama pada ujung perletakan batang bambu yang lebih tua (pangkal bambu) dan

kegagalan struktural terjadi pada beban 1262 kg dengan hancurnya penampang

bambu pada lokasi keruntuhan pertama, dan bacaan beban yang terus menurun

meski beban trus dinaikkan.

Urutan kejadian kegagalan ini secara grafik dapat dilihat pada Gambar 4.5.

sedangkan secara fisik dapat dilihat pada Gambar 4.6. Keruntuhan pada Gambar 4.4

ditandai dengan naiknya deformasi secara mendadak sementara kegagalan struktural

ditandai dengan naiknya nilai deformasi tanpa diiringi kenaikan nilai beban.

Kegagalan struktural ini terjadi lokal yakni hanya pada daerah perletakan. Batang-

batang struktur di bagian lain maupun sambungan-sambungan baut maupun tali tidak

ada yang mengalami kegagalan.

Hubungan antara deformasi teoritis dan deformasi pada pengujian dapat dilihat pada

Gambar 4.7. Gambar ini hanya menyajikan bacaan LVDT2 sebelum keruntuhan

pertama, yakni karena setelah keruntuhan pertama, deformasi yang terjadi tidak ideal

lagi sehingga tidak dapat dibandingkan dengan deformasi teoritis. Dari Gambar 4.7

ini dapat dilihat bahwa meski hasil deformasi pada LVDT2 memiliki sifat yang

cenderung linear, namun dengan nilai beban yang sama, nilai dan pertambahan nilai

deformasinya lebih besar dibandingkan nilai teoritisnya.

Hasil Pengujian Kuda-Kuda Bambu

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70

Deformasi (mm)

Be

ba

n (

kN

)

LVDT4 LVDT1 LVDT2

LVDT3 LVDT5

1

2

Gambar 4.5 Grafik Pengujian Kuda-Kuda

1. Keruntuhan pertama

2. Keruntuhan kedua dan kegagalan struktur

123

4

5

Laporan Tugas Akhir



a) Keruntuhan pangkal balok bambu b) Keruntuhan ujung balok bambu

Gambar 4.6 Kegagalan Struktural

Hasil Pengujian Kuda-Kuda Bambu VS Analisis SAP

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Deformasi (mm)

Beb

an

(kN

)

LVDT2

def.SAP

Gambar 4.7 Hubungan deformasi teoritis dan hasil uji

4.1.4.1 Analisa Hasil Pengujian

Gambar 4.5 menunjukkan ada dua tahap keruntuhan sebelum struktur kuda-kuda

mengalami runtuh total. Kedua tahap keruntuhan tersebut terjadi dengan pecahnya

Laporan Tugas Akhir



penampang pada daerah perletakan. Naiknya grafik setelah keruntuhan pertama

menunjukkan pecahnya penampang pada salah satu ujung balok kuda-kuda tidak

menyebabkan seluruh struktur kuda-kuda tersebut runtuh seketika, bahkan masih

mampu menahan beban. Setelah beban dinaikkan, barulah terjadi pecah penampang

pada ujung yang lain balok kuda-kuda yang menyebabkan struktur kehilangan

kemampuan untuk menahan beban.

Pecahnya penampang terjadi akibat terjadinya jepit pada penampang dari gaya

vertikal di sisi perletakan kuda-kuda akibat pembebanan dengan reaksi perletakan

seperti tergambar pada Gambar 3.1. Penampang pecah ke dalam menjadi beberapa

segmen sehingga menyebabkan deformasi struktur yang besar. Setelah posisi

segmen-segmen penampang stabil, penampang bambu yang sudah pecah ini kembali

dapat menahan beban hingga batas tertentu sebelum kembali pecah dan

mengakibatkan keruntuhan struktur.

Gambar 4.7 menunjukkan perbedaan yang cukup signifikan antara kurva teoritis

dengan kurva hasil pengujian. Dengan nilai beban yang sama, deformasi struktur

hasil pengujian menunjukkan deformasi yang lebih besar antara 0.5 cm hingga 1 cm.

Kedua kurva cenderung linear, namun ada perbedaan gradien kemiringan yang

cukup besar.

Ada dua kemungkinan penyebab terjadinya perbedaan kemiringan kurva:

1. Kemungkinan pertama menjelaskan perbedaan gradien kemiringan kurva.

Seperti pada analisa hasil percobaan kuda-kuda struktur, perbedaan gradien

kemiringan menunjukkan adanya perbedaan pada parameter kekakuan

struktur (Ks) yang bergantung pada kekakuan tiap elemen penyusunnya (Sm).

Penjelasan mengenai hubungan gaya (P), deformasi (X), dan kekakuan

Struktur (Ks) serta kekakuan elemen (Sm) dapat dijelaskan oleh persamaan

(2-26) dan persamaan (2-17) berikut: (lihat BAB II untuk penjelasan lebih

lanjut)

[K]s{X}s = {P}s (2-26)

Laporan Tugas Akhir



L

EI4

L

EI60

L

EI2

L

EI60

L

EI6

L

EI120

L

EI6

L

EI120

00L

EA00

L

EAL

EI2

L

EI60

L

EI4

L

EI60

L

EI6

L

EI120

L

EI6

L

EI120

00L

EA00

L

EA

]S[

22

2323

22

2323

m (2-17)

Dari persamaan (2-17) yang menentukan kekakuan suatu elemen struktur

adalah E (modulus elastisitas), I (Inersia), A (luas Penampang), dan

L(panjang penampang). Kekakuan elemen struktur berbanding lurus dengan

nilai E, I, dan A, dan berbanding terbalik dengan nilai L.

Parameter yang di input ke program analisis struktur adalah nilai I, A, dan L

yang didapat berdasarkan hasil pengukuran, sementara untuk nilai E diinput

berdasarkan rata-rata hasil uji tarik. Meskipun dimensi spesimen telah diukur,

pada pengujian geometri penampang tidak selalu konstan. Ada perbedaan

diameter bambu hingga +1 cm dan perbedaan tebal bambu hingga +3 mm,

sehingga dapat mempengaruhi nilai I dan A yang dapat mempengaruhi

kekakuan. Selain itu bambu adalah material alam yang memiliki rentang E

yang cukup besar. Nilai E bambu tiap-tiap batang dapat saja berbeda

sehingga mempengaruhi kekakuan struktur yang pada akhirnya menyebabkan

perbedaan kurva pada Gambar 4.7.

2. Kemungkinan kedua adalah sistem struktur sedang berada dalam suatu

kondisi transisi ketika runtuh. Adanya perbedaan antara kurva SAP dengan

kurva LVDT berkaitan dengan kekakuan sambungan spesimen uji.s eluruh

sistem sambungan pada spesimen portal dibuat dengan tangan, sehingga

kondisi sambungan tidak akan seideal seperti yang dimodelkan pada SAP.

Contoh kondisi tidak ideal ini antara lain terjadinya celah antar bambu yang

disambung. Seiring penambahan beban, celah ini akan merapat sehingga

kondisi sambungan semakin mendekati ideal. Gambar 4.7 belum dapat

menjelaskan kejadian ini sehingga penjelasan mengenai kemungkinan kedua

ini akan lebih dijabarkan pada analisa hasil pengujian portal.

Laporan Tugas Akhir



4.1.5 Kesimpulan

Pengujian yang dilakukan menyimpulkan bahwa sistem struktur yang diuji tidak

memiliki keamanan yang diperlukan karena runtuh sebelum mencapai beban

rencana. Pola keruntuhannya pun bukan pola keruntuhan akibat patahnya elemen

batang maupun gagal sambungan, namun karena hancurnya penampang batang

secara lokal akibat penampang terjepit pada daerah perletakan sehingga teori-teori

perhitungan yang digunakan untuk menghitung kekuatan struktur tidak dapat

diterapkan.. Keruntuhan semacam ini sangat merugikan karena kapasitas struktur

tidak dapat digunakan secara penuh.

Ada 2 cara mengatasi hal diatas, dan dapat digunakan keduanya. Cara 1 adalah

dengan mengubah desain, menempatkan kuda-kuda 2 kali lebih banyak sehingga

masing-masing kuda-kuda memikul beban setengah dari beban rencana yang diuji.

Penggunaan cara ini akan memberikan faktor keamanan (FS) = 767/630 = 1.21 yang

dapat dikatakan cukup aman. Namun jika terjadi beban berlebih, pola keruntuhan

yang tidak efisien ini akan terjadi lagi.

Cara 2 adalah dengan mengisi bagian yang hancur pada pengujian dengan kayu

pengisi, bambu pengisi, atau cor beton. Cara ini sudah banyak dilakukan dalam

pembuatan rumah bambu, namun belum ada pengujian maupun publikasi yang

relevan mengenai perhitungan pastinya.

Secara umum, selain terjadi keruntuhan pada penampang di daerah perletakan, tidak

terjadi kerusakan struktur dalam segi sambungan maupun patah elemen struktur

meski deformasi cukup besar (58.4 mm), sehingga dapat disimpulkan bahwa lepas

dari kerusakan pada bagian perletakan, sistem struktur dan sistem sambungan yang

dibuat menghasilkan aliran beban yang baik.

Dalam percobaan ini, perhitungan teoritis yang menyimpulkan bahwa struktur akan

aman mencapai beban rencana dapat dikatakan terbukti benar. Pada beban 1274 kg

(beban rencana = 1260 kg) tidak terjadi patah pada elemen batang maupun rusak

pada sambungan. Namun perhitungan teoritis yang telah dilakukan tidak

memperhitungkan kerusakan pada penampang seperti yang terjadi pada percobaan.

Pada percobaan berikutnya, keruntuhan semacam ini akan dicegah yakni dengan

memasukkan cor mortar pada segmen bambu yang mengalami jepit pada

penampang.

Pada pembuatan spesimen percobaan diperlukan 2 orang tenaga ahli yang dilengkapi

dengan bor, dan pisau bambu. pengerjaannya memakan waktu hanya setengah hari.

Pada pekerjaan tidak ada kesulitan yang berarti sehingga dapat disimpulkan bahwa

sistem struktur ini cukup mudah dibuat.

Laporan Tugas Akhir



4.2 Uji Model Portal Bangunan

Pengujian dengan menggunakan spesimen portal sederhana dengan pengaku

dilakukan dengan memodelkan beban yang terjadi pada portal akibat beban rencana

dan berat kuda-kuda atap diatasnya sebagai beban terpusat pada posisi dudukan

kuda-kuda pada arah gravitasi. Set pengujian ini dapat dilihat pada Gambar 4.8

Simulasi beban lateral pada percobaan ini juga tidak dilakukan karena keterbatasan

kemampuan alat uji. Hal yang membedakan dengan pengujian spesimen kuda-kuda

pada percobaan sebelumnya adalah pemberian perkuatan dengan cor mortar pada

lokasi penampang terjepit, yakni pada pertemuan antara balok-kolom. Pengujian

kuat tekan beton yang dilakukan terhadap mortar pengisi bambu menunjukkan

bahwa kuat tekan mortar pengisi pada saat pengujian, yaitu saat umur adukan

mencapai 3 hari hanyalah berkisar 3 MPa.

Gambar 4.8 Set alat pengujian portal

4.2.1 Pengembangan Model Portal

Sistem portal yang digunakan pada uji ini adalah sistem portal sederhana dengan

pengaku yang biasa diterapkan pada bangunan rumah tinggal, termasuk rumah

bambu. Pada rumah bambu pada umumnya, sambungan hanya menggunakan tali

yang kekuatannya tidak terukur atau bahkan paku yang dapat memecah bambu.

Perbaikan yang dilakukan pada sistem portal pada tugas akhir ini adalah pada

Laporan Tugas Akhir



detailing sambungan yang dapat mengantisipasi aliran gaya yang terjadi.

Pembahasan mengenai sistem portal ini sudah dilakukan pada BAB III melalui

Gambar 3.2a pada pembahasan sambungan yang kembali ditampilkan dibawah.

P

Sambungan yang

mempertahankan posisi

Sambungan yang

menahan geserSambungan yang

menahan geser

Sambungan yang

mempertahankan posisi Sambungan yang

mempertahankan posisi

2

1

3

4.2.2 Pra Pengujian

Sebelum percobaan, model spesimen dianalisa dengan software SAP 2000 versi 9

seperti pada Gambar 4.9. Pemodelan beban gravitasi dilakukan dengan membuat

beban virtual 1 satuan pada titik-titik terjadinya beban akibat posisi kuda-kuda.

Kemudian setelah running program, dicatat gaya dalam maksimum serta deformasi

dominan yang terjadi pada elemen dan sambungan.

Laporan Tugas Akhir



1.6

5 m

Gambar 4.9 Model Pengujian Portal

4.2.2.1 Pengecekan Syarat Kekuatan

Selanjutnya, Kekuatan struktur (elemen struktur dan sambungan) diperoleh dari

perhitungan seperti pada BAB III dengan memperhitungkan gaya dalam maksimum

yang diperoleh dari sifat material, geometri penampang, dan panjang elemen

struktur. Dengan membagi gaya dalam maksimum dengan gaya dalam akibat beban

1 satuan diperoleh beban terpusat maksimum yang dapat dipikul oleh struktur.

Dengan menggunakan metoda perhitungan pada BAB III, diperoleh:

Beban rencana yang ditanggung portal :

Ptotal= 17 KN

Beban rencana ini termasuk beban yang dipikul kuda-kuda dan berat kuda-kuda itu

sendiri.

Beban rencana pada masing-masing titik beban (3 titik) :

Pr = 17/3 = 5.7 KN

Lentur terbesar berdasarkan SAP akibat beban 1 KN :

M = 0.26 KNm di balok atas

Kuat lentur batang 80/10 di balok atas berdasarkan (3-2):

Mu = 2 x 0.86 = 1.72 KNm (batang rangkap 2)

P runtuh = Mu/M = 6.6 KN > Pr (menentukan)

Laporan Tugas Akhir



Geser yang terjadi di sambungan berdasarkan SAP akibat beban Pr = 1 KN :

V = 0.54 KN

Kuat geser sambungan dengan 3 baut 10 mm per sisi (Gambar 4.7) berdasarkan

rumus (3-14) :

Vu = 3*14.9 = 44.7 KN

P runtuh = Vu/V = 83.2 KN > Pr (tidak menentukan)

4.2.2.2 Hipotesa Keruntuhan pada Pengujian

Berdasarkan perhitungan di atas dapat disusun hipotesa bahwa keruntuhan akan

diawali dengan keruntuhan pada balok atas ketika beban per titik mencapai 6.6 KN

atau beban total mencapai 19.8 KN.

4.2.3. Prosedur Pengujian

Alat-alat yang digunakan dalam pengujian ini yakni:

Loadcell

LVDT

Data logger

Spesimen portal

Alat-alat pendukung yang terdiri dari:

o H beam

o Perletakan

o Lengan Beban

Penempatan alat-alat uji dapat dilihat pada Gambar 4.7

Prinsip dasar dari pengujian ini adalah pembebanan statis pada titik-titik beban.

Besar beban total rencana ditetapkan sebesar 17 KN atau 1.7 ton. Nilai beban ini

adalah beban yang dipikul oleh portal meliputi berat beban atap yang dipilkul oleh

sebuah kuda-kuda atap serta berat kuda-kuda itu sendiri. Namun untuk meninjau

pola keruntuhan struktur, struktur akan dibebani hingga runtuh.

Pemberian beban dilakukan secara statis menggunakan loadcell. Beban ini

didistribusikan ke 3 titik beban yang mensimulasikan posisi-posisi dudukan kuda-

kuda melalui H beam.

LVDT berfungsi untuk mencatat deformasi yang terjadi pada struktur. Penempatan

LVDT serta indeksnya dapat dilihat pada Gambar 4.9.

Laporan Tugas Akhir



4.2.4 Hasil Percobaan

Gambar 4.10 menunjukkan grafik perilaku struktur ketika diberi beban statis hingga

runtuh hasil bacaan data logger. Nilai bacaan beban yang lebih akurat dari software

DARTEC ditunjukkan oleh Gambar 4.11. Nilai beban yang tercantum pada kurva

LVDT Gambar 4.11a dan 4.11b adalah nilai beban total yang terdistribusi pada 3

titik aktuator beban. Kurva teoritis (kurva SAP) pada gambar 4.11a menunjukkan

deformasi kuda-kuda bila beban terbagi merata pada 3 titik beban, sedang gambar

4.11b menunjukkan deformasi kuda-kuda bila beban terbagi merata menjadi 2 titik

beban akibat perbedaan kekakuan antara aktuator beban (H beam) dengan balok

bambu, dimana aktuator beban sangat kaku sehingga distribusi beban ke titik tengah

balok dibatasi oleh kemampuan aktuator beban untuk berdeformasi. Gambar ini

menunjukkan bahwa struktur portal sederhana tersebut dapat menahan beban total

hingga 9 ton.

Hasil Pengujian Laboratorium Portal Bambu

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Deformasi (mm)

Beb

an

(kN

)

tengah kiri kanan

Gambar 4.10 Grafik pengujian portal bambu (bacaan data logger)

Laporan Tugas Akhir



KURVA BEBAN PORTAL

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Deformasi (mm)

Beb

an

(K

N)

LVDT SAP (3 titik) reg.pointer Linear (reg.pointer)

Gambar 4.11a Kurva beban portal dengan 3 titik beban pada model

(Bacaan software DARTEC)

KURVA BEBAN PORTAL

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25

Deformasi (mm)

Beb

an

(K

N)

LVDT SAP (2 titik) reg.pointer Linear (reg.pointer)

Gambar 4.11b Kurva beban portal dengan 2 titik beban pada model

(Bacaan software DARTEC)

1

3 titik beban pada

model SAP

1

2 titik beban pada

model SAP

Laporan Tugas Akhir



Meskipun tipe keruntuhan yang diinginkan adalah patah pada elemen batang atau

kegagalan sambungan dalam bidang portal (2D), keruntuhan yang terjadi pada portal

ini ditandai dengan patahnya batang kolom kearah lateral. Meskipun tidak seperti

yang diinginkan, namun patahnya batang kolom ini tidak terjadi secara mendadak,

tetapi secara perlahan-lahan dengan tertahan oleh serat-serat bambu. Patahnya 1

batang kolom tersebut juga terjadi secara lokal, dalam arti tidak mengakibatkan

keruntuhan seluruh struktur. Tipe keruntuhan seperti ini membantu memberikan

peringatan dan waktu kepada pengguna bangunan untuk meninggalkan bangunan

sebelum bangunan mengalami runtuh total. Gambar 4.12 menunjukkan keruntuhan

yang terjadi pada percobaan akibat pembebanan berlebih.

Gambar 4.12 Perilaku runtuh struktur

Seperti pada spesimen kuda-kuda atap, Gambar 4.10 menunjukkan bahwa meski

reaksi struktur terhadap pertambahan beban dapat dibilang cukup baik, yakni tanpa

kegagalan struktur di luar kondisi ideal di awal percobaan, perilaku deformasi di

tengah bentang balok atas pada benda uji juga tidak sesuai dengan teori.

Penambahan beban menghasilkan grafik yang linear terhadap deformasi struktur

hanya setelah beban mencapai 20 KN. Nilai deformasi yang dihasilkan pun lebih

besar daripada teori. Untuk mencapai batas deformasi 9 mm maka beban total yang

diperlukan untuk melebihi syarat lendutan ini hanyalah 15 KN. Nilai ini masih

melebihi beban layan total yang berkisar 13 KN.

4.2.4.1 Analisa Hasil Pengujian

Meski diharapkan perilaku deformasi portal akibat pembebanan mendekati kurva

teoritis pada Gambar 4.11a, namun ternyata lebih mendekati kurva teoritis pada

Gambar 4.11b. Hal ini menunjukkan bahwa distribusi beban tidak merata, yakni

terfokus pada titik beban kiri dan kanan seperti pada Gambar 4.11b. Distribusi beban

yang tidak merata ini terjadi akibat perbedaan kekakuan aktuator beban (H beam)

Laporan Tugas Akhir



dengan kekakuan balok portal seperti digambarkan pada Gambar 4.13. Gambar 4.13

menunjukkan hilangnya deformasi yang seharusnya terjadi sebesar d akibat

perbedaan kekakuan.

Dalam hal ini, model perhitungan pra desain perlu disesuaikan dengan model pada

Gambar 4.11b. Dengan asumsi keruntuhan terjadi akibat tekan pada segmen kolom

terpanjang (1.1m), dengan persamaan (3.5) hingga (3.8) diperoleh kuat runtuh kolom

tersebut adalah: Nn = 29.6 KN

Gaya dalam yang terjadi pada batang kolom tersebut akibat Ptotal = 1 KN adalah R =

0.5 KN. Sehingga secara teoritis, kolom tersebut akan runtuh pada beban Ptotal =

29.6/0.5 = 59.2 KN = 6 ton.

Pada kenyatannya, beban total yang menyebabkan keruntuhan adalah sebesar 9 ton

sehingga perhitungan teoritis bersifat konservatif. Nilai Ptotal yang konservatif

dikarenakan nilai kuat tekan bambu yang digunakan dalam perhitungan adalah nilai

minimum yang didapat dari hasil uji tekan yakni 32 MPa, sedangkan nilai kuat tekan

bambu sangat beragam. Nilai maksimum yang didapat dari uji tekan mencapai 40

MPa.

Gambar 4.13 Ketidak idealan pengujian

Meskipun Gambar 4.11b dapat memberikan gambaran mengenai distribusi beban

yang terjadi pada pengujian, namun ada perbedaan yang cukup signifikan antara

kurva teoritis dengan kurva hasil pengujian. Dengan nilai beban yang sama,

deformasi struktur hasil pengujian menunjukkan deformasi yang lebih besar antara 1

cm hingga 2 cm. Kedua kurva cenderung linear, namun berbeda pada gradien

Laporan Tugas Akhir



kemiringan. Selain itu, kurva LVDT pada Gambar 4.11 menunjukkan ada suatu

kondisi transisi sebelum kurva mencapai kondisi linear

Dari penjabaran di atas, ada 2 kemungkinan penyebab terjadinya perbedaan kurva

ini, dimana 2 kemungkinan ini dapat bersama-sama menimbulkan perbedaan pada

kurva.

1. Kemungkinan pertama menjelaskan perbedaan gradien kemiringan kurva.

Seperti telah dijelaskan pada analisa hasil percobaan kuda-kuda struktur,

perbedaan gradien kemiringan pada Gambar 4.12 disebabkan oleh sifat

bambu sebagai bahan alam yang memiliki geometri dan sifat mekanika bahan

yang tidak seragam seperti sudah dijelaskan pada analisa hasil percobaan

kuda-kuda atap, sehingga input suatu nilai pada program analisa struktur,

meskipun berdasarkan pengujian dan pengukuran tidak akan secara tepat

mewakili kondisi bambu yang sebenarnya.

2. Kemungkinan kedua menjelaskan adanya suatu kondisi transisi sebelum

kurva LVDT mencapai kondisi linear. Adanya perbedaan antara kurva SAP

dengan kurva LVDT berkaitan dengan kekakuan sambungan spesimen uji.

Sama seperti pada spesimen kuda-kuda, seluruh sistem sambungan pada

spesimen portal dibuat dengan tangan, sehingga kondisi sambungan tidak

akan seideal seperti yang dimodelkan pada SAP. Contoh kondisi tidak ideal

ini antara lain dari adanya celah dan tali yang menghalangi kontak antar

bambu (lihat gambar 4.14). Pembuatan sambungan seperti demikian akan

menyebabkan perbedaan kekakuan sambungan antara spesimen uji dengan

model SAP. Seiring naiknya beban, sambungan akan semakin kaku dan laju

deformasi akan berkurang dan kurva deformasi akan menjadi linear setelah

sambungan berada dalam kondisi mendekati ideal.

Ada 2 parameter yang perlu dijelaskan mengenai kondisi transisi dari grafik

pada Gambar 4.11, yakni: deformasi yang diperlukan untuk mengakhiri

kondisi transisi sebesar + 1cm dan gaya yang diperlukan untuk mengakhiri

kondisi transisi transisi sebesar +1.5 ton. Penjelasan mengenai kedua hal di

atas dapat dilihat pada Gambar 4.14

Laporan Tugas Akhir



a

a

dd'

kdR

f

F

Arah gerak batang a

a) Sambungan ideal (rapat)

b) Sambungan spesimen (tidak rapat)

c) Gaya-gaya yang terjadi saat

sambungan merapat

d) Contoh sambungan

Tali ijuk

dX(d)

e) Deformasi pada tali

Gambar 4.14 Ketidak idealan sambungan

Dengan:

d’ adalah lebar celah antara batang penahan dengan tali

d adalah tebal tali

F adalah gaya yang menekan balok a

R adalah gaya tahanan akibat kuat ikatan tali

kd adalah gaya tahanan tali yang tertekan (analogi dengan pegas)

f adalah gaya gesek yang terjadi antar bambu

Dengan demikian, jika:

Deformasi transisi yang terjadi, dtrans= x(d) + d’ (4-1)

Gaya transisi total yang terjadi, Ftrans= R + kd + f (4-2)

Laporan Tugas Akhir



Mempertimbangkan bahwa ada setidaknya 4 titik sambung yang memiliki

ketidak idealan seperti pada Gambar 4.14, maka meskipun tidak dilakukan

pengukuran secara pasti, namun angka-angka:

dtrans= + 1cm, dan Ftrans = + 1.5 ton

masih merupakan angka-angka yang masuk akal untuk menjelaskan ketidak

idealan grafik pada Gambar 4.11

4.2.5 Kesimpulan

Hasil pengujian menunjukkan bahwa kapasitas struktur jauh melebihi beban rencana,

sehingga membuktikan bahwa bambu dapat menjadi material yang sangat baik untuk

dimanfaatkan sebagai bahan bangunan bila struktur bangunan bambu direncanakan

dengan baik dalam merespon aliran beban.

Kunci perencanaan yang diterapkan pada pembuatan spesimen sambungan adalah

dengan memberi batang bambu tambahan yang dibaut untuk menahan geser dan

dengan mengisi segmen-segmen bambu yang mengalami gaya jepit tegak lurus

penampang dengan mortar.

Kuat tekan bahan pengisi sendiri tidak terlalu menjadi persoalan. Hal ini ditunjukkan

dengan kuat tekan bahan pengisi yang hanya berkisar 3 MPa dapat meningkatkan

kekuatan struktur hingga 9 ton tanpa terjadinya pecah pada penampang. Percobaan

ini juga menunjukkan bahwa kuat struktur sebenarnya jauh lebih besar dari kuat

teoritis. Hal ini karena bambu adalah material alam yang memiliki keberagaman dari

segi kuat material. Rentang antara kuat material minimal dan kuat material maksimal

sangat jauh (Lihat BAB II), dan demi keamanan struktur, kuat material yang

digunakan dalam perencanaan diambil di bawah kuat material minimal.

Seperti pada proses pembuatan kuda-kuda, pembuatan spesimen percobaan

memerlukan 2 orang tenaga ahli yang dilengkapi dengan bor, tali ijuk dan pisau

bambu. pengerjaannya memakan waktu hanya setengah hari dimana portal selesai

pada hari yang sama dengan kuda-kuda. Pada pekerjaan tidak ada kesulitan yang

berarti sehingga dapat disimpulkan bahwa sistem struktur ini cukup mudah dibuat.

bab 4 pengujian laboratorium - digilib.itb.ac.id · verifikasi dilakukan dengan membuat 2 model,...

Documents