catatan kuliah - struktur kayu i

26
 CATATAN KULIAH STRUKTUR KAYU I JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TANJUNGPURA PONTIANAK 2002

Upload: qalbi

Post on 04-Oct-2015

27 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

kuliah

TRANSCRIPT

  • CATATAN KULIAH

    STRUKTUR KAYU I

    JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

    UNIVERSITAS TANJUNGPURA PONTIANAK

    2002

  • Kata Pengantar

  • iii

    Daftar Isi

    Kata Pengantar ........................................................................................................................................... ii Daftar Gambar........................................................................................................................................... iv Daftar Tabel ................................................................................................................................................ v BAB 1 SIFAT DAN KLASIFIKASI KAYU................................................................ 1

    1.1 Bangun Kayu....................................................................................................................... 1 1.1.1 Tampang Kayu ......................................................................................................... 1 1.1.2 Jenis Pohon .............................................................................................................. 1 1.1.3 Sel Kayu ................................................................................................................... 1 1.1.4 Gelang Tahun........................................................................................................... 2 1.1.5 Mata Kayu................................................................................................................ 3

    1.2 Sifat Fisik Kayu................................................................................................................... 3 1.2.1 Pengaruh Temperatur .............................................................................................. 3 1.2.2 Daya Hantar Panas.................................................................................................. 3 1.2.3 Daya Hantar Listrik ................................................................................................. 4

    1.3 Sifat Higroskopik ................................................................................................................ 4 1.3.1 Kadar lengas ............................................................................................................ 4 1.3.2 Kembang susut ......................................................................................................... 4

    1.4 Cara Penggolongan Kayu .................................................................................................... 5 1.4.1 Tingkat keawetan/kelas awet.................................................................................... 5 1.4.2 Tingkat kekuatan/kelas kuat ..................................................................................... 6 1.4.3 Tingkat pemakaian ................................................................................................... 6

    BAB 2 PERHITUNGAN KONSTRUKSI KAYU....................................................... 8 2.1 Batang Terlentur.................................................................................................................. 8

    2.1.1 Panjang bentang ...................................................................................................... 8 2.1.2 Syarat kekakuan ....................................................................................................... 8 2.1.3 Syarat kekuatan........................................................................................................ 8

    2.2 Batang Tarik ........................................................................................................................ 9 2.3 Batang Tekan..................................................................................................................... 10

    2.3.1 Tumpuan sendi-sendi.............................................................................................. 10 2.3.2 Tumpuan jepit-jepit ................................................................................................ 12 2.3.3 Panjang tekuk......................................................................................................... 14 2.3.4 Angka kelangsingan ............................................................................................... 15

    2.4 Kombiansi Lentur dan Tarik.............................................................................................. 17 2.5 Kombinasi Lentur dan Tekan ............................................................................................ 17

    BAB 3 SAMBUNGAN DAN ALAT-ALAT PENYAMBUNG................................. 19 3.1 Sambungan Gigi ................................................................................................................ 19

    3.1.1 Sambungan gigi tunggal......................................................................................... 19 3.1.2 Sambungan gigi ganda........................................................................................... 19

    3.2 Sambungan Baut................................................................................................................ 20 Daftar Pustaka .......................................................................................................................................... 21

  • iv

    Daftar Gambar Gambar 1.1 Tampang kayu......................................................................................................... 1 Gambar 1.2 Sel kayu................................................................................................................... 2 Gambar 1.3 Gelang tahun .......................................................................................................... 2 Gambar 1.4 Mata kayu ............................................................................................................... 3 Gambar 1.5 Mata kayu ............................................................................................................... 4 Gambar 1.6 Diagram kesetimbangan antara kelembaban udara dan kadar lengas kayu ......... 5 Gambar 2.1 Batang terlentur...................................................................................................... 8 Gambar 2.2 Batang tarik ............................................................................................................ 9 Gambar 2.3 Contoh 2.1 ............................................................................................................ 10 Gambar 2.4 Tumpuan sendi-sendi ............................................................................................ 11 Gambar 2.5 Tumpuan jepit-jepit............................................................................................... 12 Gambar 2.6 Hubungan antara kuat tekan kayu dengan arah serat.......................................... 15 Gambar 2.7 Contoh 2.2 ............................................................................................................ 16 Gambar 2.8 Contoh 2.2 ............................................................................................................ 16 Gambar 3.1 Sambungan gigi tunggal ....................................................................................... 19 Gambar 3.2 Sambungan gigi rangkap ...................................................................................... 20

  • v

    Daftar Tabel Tabel 1.1 Angka muai panjang material................................................................................. 3 Tabel 1.2 Koefisien konduktivitas bahan ................................................................................ 3 Tabel 1.3 Ukuran dan pengujian kayu .................................................................................... 6 Tabel 1.4 Ukuran dan pengujian kayu .................................................................................... 6 Tabel 1.5 Modulus elastisitas kayu ........................................................................................ 7 Tabel 1.6 Tegangan yang diizinkan ........................................................................................ 7 Tabel 2.1 Panjang tekuk........................................................................................................ 14

  • FT Untan 1

    BAB 1 SIFAT DAN KLASIFIKASI KAYU

    1.1 Bangun Kayu

    1.1.1 Tampang Kayu

    Gambar tampang kayu

    1.1.2 Jenis Pohon

    Ada dua jenis:

    a) Pohon yang berpori

    b) Pohon yang tak berpori

    1.1.3 Sel Kayu

    Pertumbuhan sel terjadi di lapisan kambium.

    Macam sel kayu pada kayu lunak

    a) Tracheids

    b) Parenchyma

    c) Pipa damar

    Gambar 1.1 Tampang kayu

    Hati kayu

    Kayu inti

    Kayu muda

    Lapisan kambium

    Kulit dalam

    Kulit luar

    Jari-jari teras

    Gelang tahun

  • FT Untan 2

    Macam sel kayu pada kayu keras

    a) Serat

    b) Parenchyma

    c) Pori atau pipa-pipa

    1.1.4 Gelang Tahun

    Gelang tahun dapat dipergunakan untuk memperkirakan umur pohon.

    Yang mempengaruhi tebalnya gelang tahun:

    a) Jenis kayu

    b) Keadaan tanah

    c) Keadaan musim

    d) iklim

    Gambar 1.2 Sel kayu

    Gambar 1.3 Gelang tahun

    Pot 1-1 1 1

    Selulosa

    Lignin

    Pot 1-1

    1 1

    Arah memanjang pohon

  • FT Untan 3

    1.1.5 Mata Kayu

    Mata kayu terletak pada cabang pohon. Mata kayu mengurangi kekuatan kayu.

    1.2 Sifat Fisik Kayu

    1.2.1 Pengaruh Temperatur

    Tabel 1.1 Angka muai panjang material

    Bahan 1 Aluminium 25 106 Baja 12 106 Batu merah 12 106 Beton 10 106 Gelas 8 106 Kayu (rata-rata):

    // serat 4 106 serat 56 106

    1.2.2 Daya Hantar Panas

    Tabel 1.2 Koefisien konduktivitas bahan

    Bahan k (kg cal/jam m C Bata merah 0,35 Besi 40 50

    Gambar 1.4 Mata kayu

    Mata kayu

  • FT Untan 4

    Beton 0,56 Gelas 0,08 Kayu (rata-rata):

    // serat 0,1 serat 0,03

    Seng 95

    1.2.3 Daya Hantar Listrik

    Kayu adalah penghantar listrik yang jelek.

    1.3 Sifat Higroskopik

    1.3.1 Kadar lengas

    Kayu lebih sensitif terhadap perubahan kadar lengas daripada perubahan suhu.

    Air bebas : air yang mengisi ruangan sel.

    Air ikat : air yang menembus dinding sel dan ditahan oleh pori-pori dinding sel.

    Titik jenuh: kondisi di mana air bebas sudah menguap. Jadi tinggal air ikat. (Kadar lengas 25 30%)

    1.3.2 Kembang susut

    Kembang susut kayu adalah kira-kira:

    Arah tangensial 4 14%

    Arah radial 2 8%

    Arah aksial 0,1 0,2%

    Volumetriks 7 21%

    Gambar 1.5 Mata kayu

  • FT Untan 5

    1.4 Cara Penggolongan Kayu

    Penggolongan kayu dibagi atas tiga tingkat:

    a) Tingkat keawetan/kelas awet

    b) Tingkat kekuatan/kelas kuat

    c) Tingkat pemakaian

    1.4.1 Tingkat keawetan/kelas awet

    Tingkat keawetan kayu adalah daya tahan kayu terhadap pengaruh perusakan oleh:

    rayap serangga binatang kecil lainnya

    Gambar 1.6 Diagram kesetimbangan antara kelembaban udara dan kadar lengas kayu

    32

    30

    28

    26

    24

    22

    20

    18

    16

    14

    12

    10

    8

    6

    4

    2

    0 100 90 80706050403020 10 0

    Kad

    ar le

    ngas

    kay

    u (U

    ) Kelembaban udara (U

    u )

    10%

    100%

    90%

    80%

    70%60% 50% 40% 30% 20%

    %

    Temperatur (C)

  • FT Untan 6

    pengaruh alam: panas matahari air, dll

    Sebagai ukuran/pengujian:

    a) Kayu ditempatkan di tanah lembab

    b) Kayu ditempatkan di tempat yang tidak terlindung, tetapi dicegah masuknya air ke dalamnya.

    c) Kayu ditempatkan di tempat terlindung

    d) Kayu ditempatkan di tempat terlindung dan dipelihara

    e) Kayu termakan oleh rayap

    f) Kayu termakan oleh beberapa macam serangga (kumbang, bubuk kayu)

    Tabel 1.3 Ukuran dan pengujian kayu

    Kelas awet (tahun) Uji

    I II III IV V a 8 5 3 Singkat sekali Singkat sekali b 20 15 10 Beberapa tahun Singkat sekali c Lama 10 20 Singkat d > 20 < 20 e Tidak Tidak Agak cepat Cepat sekali Cepat sekali f Tidak Tidak Tidak Tidak berbahaya Cepat sekali

    1.4.2 Tingkat kekuatan/kelas kuat

    Tabel 1.4 Ukuran dan pengujian kayu

    Kelas kuat Keriteria

    I II III IV V Kuat lentur (kg/cm2) 1100 725 500 360 < 360 Kuat tekan (kg/cm2) 650 425 300 215 < 215 Berat jenis 0,9 0,6 0,4 0,3 < 0,3

    1.4.3 Tingkat pemakaian

    a) Tingkat I dan II:

    Untuk keperluan konstruksi berat, tidak terlindung dan terkena tanah lembab.

    Contoh: kayu jati, merbau, bengkirai, belian, resak, rasamala, merawan, dsb.

    b) Tingkat III

    Untuk keperluan konstruksi berat yang terlindung.

    Contoh: puspa, karfer, keruing, dsb.

    c) Tingkat IV

  • FT Untan 7

    Untuk keperluan konstruksi ringan yang terlindung.

    Contoh: meranti, suren, jeunjing, dsb.

    d) Tingkat V

    Untuk pekerjaan sementara.

    Tabel 1.5 Modulus elastisitas kayu

    Kelas kuat Modulus elastisitas (E) (kg/cm2) I 125.000 II 100.000 III 80.000 IV 60.000

    Tabel 1.6 Tegangan yang diizinkan

    Tegangan yang diizinkan (kg/cm2) Kelas kuat Jenis tegangan

    I II III IV V Jati

    lt 150 100 75 50 130 //tk = //tr 130 85 60 45 110

    tk 40 25 15 10 30 // 20 12 8 5 15

    Hubungan tegangan yang diizinkan dengan berat jenis kayu kering udara

    170lt g = // // 150tk tr g = =

    40tk g = // 20g =

    di mana

    lt = tegangan izin lentur //tk = tegangan tekan izin sejajar serat //tr = tegangan tarik izin sejajar serat

    tk = tegangan tekan izin tegak lurus serat // = tegangan geser izin sejajar serat

    g = berat jenis kayu kering udara

  • FT Untan 8

    BAB 2 PERHITUNGAN KONSTRUKSI KAYU

    2.1 Batang Terlentur

    2.1.1 Panjang bentang

    Panjang perletakan:

    11 20

    12 20

    d

    d

    b l

    b l

    (2.1)

    Panjang bentang:

    11 22 ( ) Ambil yang terkecil

    1, 05d

    d

    l l b b

    l l

    = + + =

    2.1.2 Syarat kekakuan

    Lendutan maksimum yang diizinkan (fmaks) untuk balok:

    Konstruksi terlindung : 1300maksf l Konstruksi tak terlindung : 1400maksf l Konstruksi kuda-kuda : 1200maksf l Rangka batang tak terlindung : 1700maksf l

    2.1.3 Syarat kekuatan

    Tegangan yang terjadi akibat lentur:

    Gambar 2.1 Batang terlentur

    l

    ld b2 b1

  • FT Untan 9

    lt ltn

    MW

    = (2.2)

    di mana

    lt = tegangan yang terjadi lt = tegangan lentur yang diizinkan

    M = momen

    nW = momen penahan netto

    2.2 Batang Tarik

    Tegangan yang terjadi:

    trn

    PA

    = (2.3)

    di mana

    nA = luas penampang netto = b lA A bA = luas penampang bruto

    lA = luas lubang

    Contoh 2.1:

    Hitung tegangan tarik yang terjadi pada batang 1 dan batang 2 pada Gambar 2.3 bila diketahui:

    Penampang 1 = 6 10 cm Penampang 2 = 2 (4 10) cm Diameter baut d = 0,8 cm

    Gaya tarik P = 400 kg

    Jawab:

    Luas bruto:

    21 6 10 60 cmbA = =

    22 2(4 10) 80 cmbA = =

    Luas lubang (sebesar baut):

    Gambar 2.2 Batang tarik

    P P

  • FT Untan 10

    21 1 0,8 6 4,8 cmlA d b= = =i

    22 22( ) 2(0,8 4) 6, 4 cmlA d b= = =i

    Luas netto:

    21 1 1 60 4,8 5, 5 cmn b lA A A= = =

    22 2 2 80 6, 4 73, 6 cmn b lA A A= = =

    Tegangan yang terjadi:

    21

    1

    400 7, 246 kg/cm55, 2tr n

    PA

    = = =

    22

    2

    400 5, 435 kg/cm73, 6tr n

    PA

    = = =

    2.3 Batang Tekan

    2.3.1 Tumpuan sendi-sendi

    Kurvatur:

    3 22

    1

    1 ( )

    yR y

    = + (2.4)

    Karena y kecil, maka 2( )y menjadi sangat kecil, sehingga dapat diabaikan. Jadi,

    1 yR

    = (2.5)

    sehingga

    Gambar 2.3 Contoh 2.1

    P P 1 1 2 10

    P 1 1 2

    2 P

    4 6

    4

  • FT Untan 11

    1 EI EIyR

    = (2.6)

    Keseimbangan momen:

    0M Py = 0EIy Py =

    0EIy Py + =

    0Py yEI

    + =

    2 0y k y + = (2.7)

    2 PkEI

    = (2.8)

    Solusi dari PDL orde 2 di atas adalah

    cos siny A kx B kx= + Nilai konstanta integrasi A dan B dapat dicari dengan memasukkan syarat batas.

    Untuk 0x = :

    Gambar 2.4 Tumpuan sendi-sendi

    y

    x

    P

    P 1

    M EIR

    =

    x

    y

    P

    l

  • FT Untan 12

    (0) 0 cos 0 sin 0 0 1 0 0

    0

    y A k B kA B

    A

    = + =+ =

    =

    i ii i

    Untuk x l= :

    ( ) 0 sin 00, maka sin 0

    , 2 ,3 ,dst.

    y l B klB kl

    kl

    = = =

    =

    Diambil yang terkecil:

    22

    2

    2

    2cr

    kl klP PkEI EI l

    EIPl

    = =

    = =

    =

    2.3.2 Tumpuan jepit-jepit

    Keseimbangan momen:

    0( ) 0EIy Py M + =

    0EIy Py M + =

    Gambar 2.5 Tumpuan jepit-jepit

    y

    x

    P

    M0

    P M0

    P

    P

    0M EIy=

    x

    M0

    y

    P

    l

  • FT Untan 13

    0MPy yEI EI

    + =

    2 0My k yEI

    + =

    2 PkEI

    =

    Solusi umum dari PDL orde 2 tak homogen di atas adalah

    sin coshy A kx B kx= +

    0p

    MyP

    =

    h py y y= +

    0sin cos My A kx B kxP

    = + + (2.9)

    Untuk mendapatkan solusi khusus dimasukkan syarat batasnya.

    Syarat batas:

    (0) 0y = ( ) 0y l = (0) 0y =

    Untuk 0 :x =

    0

    0

    (0) sin 0 cos 0 0

    My A k B kP

    MBP

    = + + =

    =

    i i

    ( ) cos siny x Ak kx Bk kx = (0) cos 0 sin 0 0

    0 0

    y Ak k Bk kA k

    A

    = ===

    i ii

  • FT Untan 14

    Jadi,

    0( ) sin cos My x A kx B kxP

    = + +

    0 0 0( ) cos (1 cos )M M My x kx kxP P P

    = + =

    Untuk x l= :

    0( ) (1 cos ) 0

    1 cos 0 cos 1 2 , 4 ,6 ,dst.

    My l klP

    klklkl

    = = =

    ==

    Diambil yang terkecil:

    2

    212 2

    22

    ( )

    kl

    k EIl PP lkEI

    == ==

    2.3.3 Panjang tekuk

    Tabel 2.1 Panjang tekuk

    Kondisi tumpuan Panjang tekuk ( kl )

    kl l=

    kl l=

    12kl l=

    l N N

    l

    N N

    l N N

  • FT Untan 15

    2kll =

    2kl l=

    Gaya tekan kritis:

    2

    2crk

    EIPl

    = (2.10)

    2.3.4 Angka kelangsingan

    k

    min

    li

    =

    minmin

    br

    IiF

    =

    di mana

    kl = panjang tekuk

    mini = jari-jari kelangsingan minimum

    minI = momen inersia minimum

    brF = luas panampang bruto

    Hubungan antara kuat tekan kayu dengan arah serat:

    Gambar 2.6 Hubungan antara kuat tekan kayu dengan arah serat

    l N N

    l N N

    P

    Arah serat kayu

    Arah gaya

  • FT Untan 16

    Kuat tekan:

    // //( )sintk tk tk tk = (2.11) Tegangan yang terjadi:

    br

    SF = (2.12)

    di mana

    = tegangan yang timbul = faktor tekuk (didapat dari Tabel III PKKI 1961 berdasarkan nilai angka kelangsingan) S = gaya aksial tekan pada batang

    Contoh 2.2:

    Hitung tegangan yang terjadi pada batang kayu kelas I berikut:

    Jawab: 3 41

    12 8 10 666,7 cmxI = =i i 3 41

    12 10 8 426,6 cmyI = =i i 4426,6 cmminI =

    28 10 80 cmbrF bh= = =i 426,6 2,3 cm

    80min

    minbr

    IiF

    = = =

    Gambar 2.7 Contoh 2.2

    Gambar 2.8 Contoh 2.2

    b = 80 mm

    h =

    100

    mm

    P = 5 ton

    l = 2

    m

    y

    x

  • FT Untan 17

    200 140 cm2 2kll = = =

    140 6,82,3

    k

    min

    li

    = = = Dari Daftar III PKKI 1961 didapat:

    untuk 1 16 1,04 = = 2 27 1,05 = = Jadi, untuk

    12 1 1

    2 1

    6,8 ( )

    6,8 6 (1,05 1,04) 1,047 6

    1,048

    = = += +

    =

    Tegangan yang terjadi:

    2 21,048 5000 65,6 kg/cm 130 kg/cm

    80 tkbr

    SF = = = < =i

    2.4 Kombiansi Lentur dan Tarik

    1 //trn n

    S MF W

    = + (2.13)

    di mana

    //1

    tr

    lt

    = (2.14)

    tegangan yang terjadi = // tegangan tarik sejajar serat yang diizinkantr = gaya tarikS = luas penampang nettonF =

    2.5 Kombinasi Lentur dan Tekan

    2 //tkbr n

    S MF W = + (2.15)

  • FT Untan 18

    di mana

    //2

    tk

    lt

    = (2.16)

    tegangan yang terjadi = // tegangan tekan sejajar serat yang diizinkantk = gaya tekanS = luas penampang brutobrF = Catatan:

    Dalam mendapatkan harga digunakan terbesar ( mini ) dengan tidak memandang arah melengkungnya balok akibat momen yang bekerja.

  • FT Untan 19

    BAB 3 SAMBUNGAN DAN ALAT-ALAT PENYAMBUNG

    3.1 Sambungan Gigi

    3.1.1 Sambungan gigi tunggal

    12

    12 14216

    untuk

    untuk

    50cos 60m

    hSthb

    =

    (3.1)

    (Ambil nilai terbesar)

    cos

    15 cm

    m

    Sbl

    (3.2)

    3.1.2 Sambungan gigi ganda

    12

    2 11 2

    1cos

    mSt

    b

    = (3.3)

    Gambar 3.1 Sambungan gigi tunggal

    lm

    t m

    S

    b

    h

  • FT Untan 20

    142

    2 16

    untuk

    untuk

    50cos 60m

    hSthb

    =

    (3.4)

    2 1 cm1m mt t (3.5)

    1 2S S S= + (3.6)

    2cos

    mSl

    b

    = (3.7)

    3.2 Sambungan Baut

    Gambar 3.2 Sambungan gigi rangkap

    b

    h

    lm1

    t m1

    S

    t m2

    lm2

  • FT Untan 21

    Daftar Pustaka

    Pengarang. (Tahun). Judul Buku. Edisi. Kota penerbit: Penerbit.