Diktat Struktur Kayu ∼ Ir. Frans Phengkarsa

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil ∼ Universitas Kristen Indonesia Paulus

I ∼ 1

BAB I

SIFAT-SIFAT MEKANIS DAN MACAM-MACAM TEGANGAN

I.1. Pendahuluan

Penggunaan kayu sebagai bahan utama konstruksi telah lama diketahui.

Bahkan sejak awal mula dikenalnya dunia konstruksi bangunan, kayu (disamping

batu) merupakan bahan bangunan tertua dalam konstruksi bangunan.

Namun di masa kini dan terlebih lagi di masa yang akan datang,

meningkatnya kebutuhan akan konstruksi bangunan yang lebih berskala besar di

satu pihak dan pesatnya kemampuan ilmu dan teknologi bahan di lain pihak,

menjadikan berbagai bahan bangunan lain (misalnya baja dan beton) lebih

berkemampuan untuk digunakan pada konstruksi-konstruksi bangunan yang

tinggi, besar, dan luas. Akibatnya peranan bahan kayu sebagai bahan konstruksi

makin “tergeser”.

Tergesernya peran kayu sebagai bahan konstruksi juga berkaitan dengan

berbagai kelemahan yang dimiliki kayu. Seperti : ketidak–seragaman kekuatan dan

keawetannya, keterbatasan ukuran khususnya untuk memenuhi kebutuhan

konstruksi bangunan yang makin berskala besar dan tinggi dan makin langka serta

makin mahalnya harga kayu.

Namun demikian pada kondisi tertentu (misalnya pada daerah tertentu,

dimana secara ekonomis kayu lebih menguntungkan dari pada penggunaan bahan

yang lain). Peranan kayu sebagai bahan konstruksi (sebagai rangka kuda-kuda,

konstruksi jembatan dan lain-lain) masih digunakan.

Lebih dari itu, pada kondisi tertentu bila dibandingkan dengan bahan

bangunan yang lain, kayu mempunyai kelebihan. Dengan berbagai keuntungan

yang dimiliki (misalnya : banyaknya kayu di beberapa daerah Indonesia, harga

relatif murah dibandingkan bahan bangunan yang lain, kemudian mengerjakan,

kemampuannya untuk dibongkar pasang, dan lain-lain) menjadikan bahan kayu

masih berpeluang digunakan sebagai bagian konstruksi bangunan di Indonesia.

Diktat Struktur Kayu ∼ Ir. Frans Phengkarsa

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil ∼ Universitas Kristen Indonesia Paulus

I ∼ 2

Masalahnya adalah penggunaan kayu sebagai konstruksi bangunan di Indonesia

seringkali berlebihan, terlalu kuat dan tidak hemat. Bila perencanaan struktur kayu

dilakukan dengan menggunakan ilmu struktur kayu, yang menerapkan pendekatan

dan perhitungan rasional matematis sebagai mana telah lama diterapkan pada

struktur beton dan struktur baja. Ukuran kayu dapat lebih disesuaikan dengan

beban yang bekerja pada kayu tersebut. Di samping itu, dengan makin

diketahuinya sifat dan jenis kayu serta faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan

kayu, majunya teknologi penyambungan dan alat-alat penyambung, serta teknik

dan bahan pengawetan kayu mampu menyajikan konstruksi kayu dengan

bentangan lebar dengan kuat, mudah dan hemat.

I.2. Sifat-sifat Mekanik

a. Hubungan arah serat dengan arah gaya

Kayu adalah benda an-isotropis, oleh karena itu, sifat-sifat mekanisnya ke

berbagai arah tidak sama. Untuk membedakan itu, kita memiliki arah

sumbu yang tegak lurus sesamanya yaitu axial (sejajar arah serat), radial

(menuju ke pusat), dan tangensial (menurut arah garis singgung) seperti

pada gambar.

Modulus kenyal, kuat tarik, desak, lentur, puntiran, dan kuat geser;

berbeda-beda menurut arah ketiga sumbu tersebut. Demikian pula

menurut arah yang membentuk sudut dengan ketiga sumbu tersebut.

Dalam perhitungan kita hanya membedakan 2 (dua) buah sumbu saja.

Karena sifat-sifat mekanik ke arah tangensial dan radial tidak banyak

berbeda.

Radial

Tangesial

Axial/ Longitudinal

Diktat Struktur Kayu ∼ Ir. Frans Phengkarsa

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil ∼ Universitas Kristen Indonesia Paulus

I ∼ 3

Batas kenyal

Dimana axial sejajar dengan arah serat dan tangensial & radial tegak

lurus arah serat.

Berbeda dengan baja, kayu tidak mempunyai batas kenyal yang jelas,

tetapi diagram σ/ε untuk suatu arah serat (// atau ⊥) mempunyai bagian

yang lurus sebelum membengkok. Yang disebut batas proporsional yaitu

sebuah titik pertemuan pada diagram σ/ε, antara bagian yang lurus dan

yang membengkok (titik P). Di dalam praktek, batas proporsional itu

dianggap sebagai batas kenyal seperti pada konstruksi baja.

Dari keterangan di atas dapat disimpulkan bahwa :

A. Kayu lebih kuat mendukung gaya tarik // arah serat dari pada ⊥ arah

serat (σtr// > σtr⊥).

B. Menurut arah serat σtr// > σds//.

Perbandingannya = ds//

tr//

σ

σ = ± 2 atau 2,5

C. Kayu lebih kuat mendukung σds// > σds⊥.

Pada batas kenyalnya σds// = ± 1,2 σds⊥.

b. Pengaruh kadar lengas kayu (temperatur)

Kadar lengas kayu besar pengaruhnya terhadap kekuatan kayu, terutama

daya dukungnya terhadap tegangan desak // arah serat dan juga ⊥ arah

serat. Pengaruhnya tegangan tekuk lebih kecil.

Tegangan-tegangan izin untuk kayu yang ada kemungkinan bahwa kadar

lengasnya akan berubah-ubah seperti kayu untuk konstruksi jembatan,

P

ε

σ

ε

σ

Baja Kayu

Diktat Struktur Kayu ∼ Ir. Frans Phengkarsa

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil ∼ Universitas Kristen Indonesia Paulus

I ∼ 4

haruslah kurang dari pada tegangan-tegangan izin untuk kayu pada

bangunan-bangunan terlindung.

c. Pengaruh cara dan lamanya pembebanan.

Sifat yang khusus bagi kayu bahwa semakin cepat kayu itu dibebani

(semakin pendek waktu pembebanan), semakin besar pula tegangan

yang dapat didukungnya (mendukung tegangan yang lebih besar). Kayu

merupakan bahan yang baik untuk mendukung tegangan-tegangan yang

timbulnya dalam waktu yang pendek saja, seperti tegangan yang

ditimbulkan oleh angin dan salju.

1.3. Tegangan Izin Kayu (Kg/cm2)

Tegangan izin kayu dibedakan menurut gaya yang bekerja dari arah

Bekerjanya gaya, yakni :

Tegangan Izin Kg/cm2

Kelas Kuat

I II III IV Jati

σ lt 150 100 75 50 130

σ ds// = σ tr// 130 85 60 45 110

σ ds⊥ 40 25 15 10 30

τ // 20 12 8 5 15

Untuk setiap macam kayu kita bedakan dalam 2 mutu, yaitu yang

bermutu A dan bermutu B. Kayu mutu A syarat-syaratnya sesuai dengan PKKI

Pasal 3. Kayu mutu B tegangan-tegangan izin itu harus dikurangi 25 %, atau

angka dalam daftar di atas harus digandakan dengan faktor 0,75.

Kayu bermutu A tegangan izinnya dapat ditentukan dengan rumus-rumus

seperti di bawah ini :

σ lt = 170 g (Kg/cm2)

σ ds// = σ tr// = 150 g

Diktat Struktur Kayu ∼ Ir. Frans Phengkarsa

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil ∼ Universitas Kristen Indonesia Paulus

I ∼ 5

σ ds⊥ = 40 g

τ // = 20 g

g = Berat jenis kayu kering udara

Tegangan izin untuk sesuatu macam konstruksi dipengaruhi beberapa

faktor penting yaitu

a. Keadaan Konstruksi (β)

b. Sifat-sifat beban (γ)

− Untuk sifat pembebanan tetap faktor reduksi γ = 1

− Untuk konstruksi terlindung faktor reduksi β = 1

Apabila pembebanan bersifat sementara atau khusus dan konstruksi tidak

terlindung maka harga tegangan izin tersebut harus dikalikan dengan faktor

reduksi sebagai berikut :

− Untuk konstruksi tak terlindung β = 5/6

− Untuk konstruksi yang selalu basah β = 2/3

− Untuk pembebanan yang bersifat sementara γ = 5/4

− Untuk pembebanan yang bersifat khusus (getaran) γ = 3/2

Faktor tersebut di atas juga berlaku untuk mereduksi kekuatan alat-alat

sambung.

Apabila arah gaya yang bekerja pada bagian konstruksi menyimpang dengan

sudut α terhadap arah serat kayu, maka tegangan izin desak/tarik kayu harus

dihitung sebagai berikut :

σ α = σ ds// - (σ ds// - σ ds⊥) sin α

1.4. Modulus Elastisitas (E) Kayu

Pada perhitungan perencanaan batang tekan dan batang terlentur, beberapa

rumus membutuhkan besaran elastisitas kayu. Ini diperlukan untuk

menghitung perubahan bentuk elastis.

Diktat Struktur Kayu ∼ Ir. Frans Phengkarsa

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil ∼ Universitas Kristen Indonesia Paulus

I ∼ 6

Besaran E berbeda-beda menurut kelas kuat kayu, sebagaimana tersaji pada

tabel berikut ini :

Tabel 2. Besaran Modulus Kenyal (E) kayu sejajar serat (Kelas kuat dan Berat jenis kayu).

Kelas Kuat Kayu E// (Kg/cm2)

I II III IV

≥ 0,90 0,60 – 0,89 0,40 – 0,59 0,30 – 0,39

125.000 100.000 80.000 60.000

Kelas kuat kayu juga digunakan untuk menentukan modulus kenyal. Jadi

apabila telah diketahui berat jenis kayu, maka untuk menentukan modulus

kenyal kayu harus diketahui pula kelas kuat kayu.