metode pembelajaran berbasis analitis dan …

Prosiding Seminar Nasional Teknik Sipil 2019 Keandalan Infrastruktur Pekerjaan Umum Perumahan Rakyat Bagi Kemajuan Bangsa

172 Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo

METODE PEMBELAJARAN BERBASIS ANALITIS DAN

EKSPERIMENTAL: STUDI KASUS BALOK KAYU SENGON DENGAN

TEKNOLOGI LAMINASI MEKANIK

Yosafat Aji Pranata

Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha

[email protected], [email protected]

ABSTRAK

Metode pembelajaran dalam matakuliah rekayasa yang dapat diterapkan untuk meningkatkan

pemahaman mahasiswa antara lain metode pembelajaran berbasis analitis. Metode pembelajaran

berbasis eksperimental yaitu kegiatan pengujian di laboratorium menjadi salah satu alternatif.

Penelitian ini bertujuan mempelajari perilaku kekuatan balok kayu laminasi mekanik dengan alat

sambung baut ditinjau dari metode pembelajaran dengan perhitungan analitis dan pengujian

eksperimental di laboratorium. Ruang lingkup penelitian yaitu balok kayu yang digunakan adalah

balok kayu laminasi dengan panjang bentang bersih 1500 mm, balok terdiri dari 4 (empat) lamina

kayu Sengon (Albizia chinensis) dengan ukuran masing-masing 60 x 40 mm sehingga membentuk

balok laminasi dengan ukuran penampang 60 mm x 160 mm, jumlah benda uji yaitu 2 (dua) balok,

sistem laminasi menggunakan alat sambung baut dengan diameter 10 mm dengan spasi antar baut

sebesar 100 mm, metode pengujian lentur menggunakan acuan ASTM D143-2008, pedoman

perencanaan kekuatan lentur balok menggunakan acuan SNI 7973:2013, pengujian eksperimental

dilakukan dengan alat uji Universal Testing Machine kapasitas 100 ton. Hasil perhitungan dengan

metode analitis sesuai SNI 7379:2013 memperlihatkan bahwa kapasitas lentur balok kayu adalah

14,59 kN sedangkan dari hasil pengujian di laboratorium diperoleh kapasitas lentur (rata-rata)

balok kayu adalah 15,68 kN. Perbedaan kedua metode tersebut adalah tidak signifikan yaitu

sebesar 7,42%. Metode pembelajaran melalui pengujian eksperimental di laboratorium dapat

digunakan oleh mahasiswa sebagai media untuk mempelajari perilaku balok kayu yaitu

kekuatan/kapasitas lentur, kegagalan yang terjadi, serta metode pengujian yang digunakan. Hal

ini sangat bermanfaat bagi mahasiswa untuk memahami filosofi perancangan suatu komponen

struktur bangunan gedung.

Kata Kunci : kapasitas lentur, balok, sengon, laminasi, baut

PENDAHULUAN

Perkembangan konstruksi bangunan gedung khususnya rumah tinggal atau

rumah tapak tahan gempa, baik bangunan bertingkat maupun tidak bertingkat sangat

pesat dalam kurun 20 tahun terakhir, khususnya perkembangan teknologi bangunan

modular pracetak berbasis material beton bertulang, kayu, maupun baja. Kementerian

Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat telah banyak menghasilkan inovasi teknologi

bangunan rumah tapak pracetak antara lain RISHA (Rumah Instan Sederhana Sehat),

RIKA (Rumah Instan Kayu), serta teknologi lainnya (sumber website

http://litbang.pu.go.id/puskim). Teknologi tersebut telah terbukti kehandalannya terutama

pada penerapan hunian di daerah-daerah rawan gempa di Indonesia. Kehandalan

teknologi dapat tercapai dengan adanya penelitian dan pengembangan yang tepat dan


Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo 173

benar, dengan dasar teori perhitungan yang mendukung tercapainya hasil analisis terkait

kehandalan struktur bangunan gedung.

Dalam konteks bangunan gedung baik berbasis material beton, baja, dan kayu,

diperlukan pemahaman terhadap dasar teori terkait analisis kehandalan, antara lain agar

tercapai persyaratan kekuatan, kekakuan, dan stabilitas. Dalam konteks kekuatan

bangunan/komponen bangunan harus direncanakan agar memenuhi persyaratan sesuai

peraturan yang berlaku. Dalam penelitian ini diaplikasikan metode pembelajaran berbasis

eksperimental di laboratorium sebagai metode alternatif terhadap metode pembelajaran

secara analitis untuk mempelajari kehandalan komponen struktur bangunan gedung yaitu

kekuatan lentur balok kayu.

Metode pembelajaran dalam matakuliah rekayasa sebagai contoh Struktur Kayu

pada umumnya menggunakan pendekatan metode perhitungan secara analitis, sebagai

upaya untuk dapat meningkatkan pemahaman mahasiswa. Metode pembelajaran berbasis

eksperimental yaitu kegiatan pengujian secara langsung terhadap objek benda uji material

di laboratorium menjadi salah satu alternatif. Beberapa penelitian sebelumnya yaitu

metode pembelajaran bagi mahasiswa melalui pengujian eksperimental di laboratorium

dengan studi kasus kegagalan sambungan batang tarik kayu akibat beban aksial

(Valiantine dan Pranata, 2017) serta pembelajaran mengenai teknik pengujian non-

destruktif dan destruktif untuk mengetahui parameter modulus elastisitas material kayu

(Milyardi dan Pranata, 2017) telah dilakukan dengan tujuan untuk memberikan

pemahaman bagi mahasiswa khususnya mengenai perilaku komponen struktur pada saat

beban bekerja, perilaku kegagalan komponen struktur akibat beban, perilaku sambungan

kayu, atau untuk mengetahui kapasitas kekuatan komponen struktur tersebut.

Penelitian ini bertujuan mempelajari perilaku kekuatan balok kayu laminasi

mekanik dengan alat sambung baut ditinjau dari metode pembelajaran dengan

perhitungan analitis dan pengujian eksperimental di laboratorium.

Ruang lingkup penelitian yaitu balok kayu yang digunakan adalah sebagai

berikut:

1. Balok kayu laminasi dengan panjang bentang bersih 1500 mm.

2. Balok terdiri dari 4 (empat) lamina kayu Sengon (Albizia chinensis) dengan ukuran

penampang masing-masing 60 x 40 mm sehingga membentuk balok laminasi dengan

ukuran penampang 60 mm x 160 mm, dengan sistem laminasi vertikal.

3. Jumlah benda uji yaitu 2 (dua) balok.



4. Sistem laminasi menggunakan alat sambung baut dengan diameter 10 mm dengan

spasi antar baut sebesar 100 mm.

5. Metode pengujian lentur menggunakan acuan ASTM D143 (ASTM, 2014).

6. Pedoman perencanaan kekuatan lentur balok menggunakan acuan SNI 7973:2013

(BSN, 2013).

7. Pengujian eksperimental dilakukan dengan alat uji Universal Testing Machine

kapasitas 100 ton.

8. Mode kegagalan balok adalah kegagalan akibat lentur.

DASAR TEORI

Balok atau komponen struktur lentur adalah salah satu komponen struktur, yang

berfungsi untuk menyalurkan gaya-gaya dalam khususnya momen lentur dan geser. Balok

banyak dijumpai khususnya pada sistem struktur bangunan gedung. Selain pada struktur

bangunan gedung, balok sering pula digunakan dalam sistem struktur atap monobeam.

Balok pada umumnya merupakan komponen struktur utama bangunan yang berfungsi

menyalurkan beban-beban dari pelat lantai ke kolom (Pranata dan Suryoatmono, 2019).

Dalam konsep desain balok berdasarkan Desain Faktor Beban Ketahanan

(DFBK), terdapat pemeriksaan kekuatan lentur, kekuatan geser, dan kekakuan/lendutan

balok (BSN, 2013) yaitu sebagai berikut:

1. Dalam perencanaan kekuatan lentur balok, momen lentur terfaktor adalah Mu,

kekuatan lentur terkoreksi adalah kapasitas dengan mempertimbangkan beberapa

parameter faktor koreksi yaitu M’. Konsep desain dalam hal ini Mu harus lebih kecil

dibandingkan dengan M’, sehingga balok tersebut aman terhadap lentur.

2. Dalam perencanaan kekuatan geser balok, gaya geser terfaktor adalah Vu, sedangkan

kekuatan geser terkoreksi adalah V’. Konsep desain dalam hal ini Vu harus lebih

kecil dibandingkan dengan V’, sehingga balok tersebut aman terhadap geser.

3. Dalam perencanaan kekakuan balok, lendutan balok akibat beban-beban terfaktor

yaitu ∆u, sedangkan batasan ijin lendutan adalah ∆’. Konsep desain adalah lendutan

lebih kecil dibandingkan batasan ijinnya, sehingga balok tersebut memiliki kekakuan

yang cukup selama menahan beban.

Definisi kekuatan lentur adalah kekuatan batas yang dapat dicapai kayu ketika

komponen kayu tersebut mengalami kegagalan akibat momen lentur. Definisi kekuatan

geser adalah kekuatan batas yang dapat dicapai kayu ketika komponen kayu tersebut



mengalami kegagalan akibat gaya geser (Pranata dan Suryoatmono, 2019).

Perencanaan balok untuk kekuatan lentur dengan Metode Desain Faktor

Beban Ketahanan berdasarkan SNI 7973:2013 (BSN, 2013) menggunakan

persamaan sebagai berikut,

Mu ≤ M’ (1)

M’ = Fb’S (2)

Fb’ = Fb λϕbKFCMCiCtCFCLCfu (3)

dimana Fb’ adalah kekuatan lentur terkoreksi dan S adalah modulus penampang elastik

balok kayu. CM adalah faktor layan basah, Ci adalah faktor tusuk untuk kayu dimensi, Ct

adalah faktor temperatur, CF adalah faktor ukuran untuk kayu gergajian, KF adalah faktor

konversi format, λ adalah faktor efek waktu, ϕb adalah faktor ketahanan lentur dan Fb

adalah nilai desain lentur, CL adalah faktor stabilitas balok, dan Cfu adalah faktor

penggunaan rebah. Dalam penelitian ini, mode kegagalan balok diasumsikan yaitu

kegagalan akibat lentur. Modulus penampang elastik balok (Gere dan Goodno, 2012)

adalah sebagai berikut,

S = Ix / y (4)

dimana Ix adalah momen inersia penampang dan y adalah jarak dari titik berat penampang

ke tepi serat terluar.

Pranata, Suryoatmono, dan Tjondro (Pranata dkk., 2012) telah penelitian

mengenai balok kayu laminasi mekanik melakukan penelitian terhadap rasio modulus

penampang elastic balok kayu laminasi mekanik menggunakan alat sambung baut. Dalam

penelitian tersebut dijelaskan bahwa balok kayu laminasi baut mempunyai nilai modulus

penampang elastik (S) yang lebih rendah dibandingkan modulus penampang elastik balok

utuh (solid). Hal ini dapat terjadi mengingat bahwa balok laminasi bagaimanapun juga

tidak berperilaku sama dengan balok utuh. Rasio modulus penampang elastik balok kayu

laminasi baut dengan spasi antar baut 100 mm terhadap balok kayu penampang utuh

(solid) adalah sebesar 0,91.

Wicaksono, Awaludin, dan Siswosukarto (Wicaksono dkk., 2017) dalam

penelitian sebelumnya mengenai pengujian lentur balok kayu Sengon, mendapatkan hasil

Modulus Elastisitas kayu Sengon sebesar 7002,6 MPa.



HASIL DAN PEMBAHASAN

Studi kasus dalam penelitian ini menggunakan balok kayu sengon laminasi baut.

Balok terdiri dari 4 (empat) lamina dengan masing-masing lamina mempunyai ukuran

penampang 60 mm x 40 mm, sehingga ukuran balok laminasi adalah 60 mm x 160 mm.

baut dipasang dengan jarak spasi antar baut sebesar 100 mm. Panjang bentang bersih

balok adalah L = 1500 mm. Gambar 1 memperlihatkan ilustrasi balok dengan 2 (dua)

buah beban terpusat pada jarak 1/3 dan 2/3 bentang. Sedangkan Gambar 2

memperlihatkan skematik balok kayu laminasi baut yang terdiri dari 4 (empat) lamina.

Gambar 1. Balok dengan beban P pada jarak 1/3 dan 2/3 bentang.

Gambar 2. Skematik balok kayu laminasi.

Perhitungan secara analitis dengan menggunakan Persamaan 1, Persamaan 2, dan

Persamaan 3. Berdasarkan referensi SNI 7973:2013 kayu mutu E14 mempunyai nilai Fb

sebesar 12,6 MPa. Hasil perhitungan kapasitas kekuatan lentur sebagai berikut:



Fb’ = Fb λϕbKFCMCiCtCFCLCfu = 15,95 MPa

M’ = Fb’S = 3716397,90 N.mm

Faktor koreksi diperhitungkan berdasarkan SNI 7973:2013. Selanjutnya

berdasarkan Persamaan 3 yaitu Mu ≤ M’, dalam perencanaan beban maka diasumsikan

bahwa Mu = M’. Parameter S dalam hal ini adalah modulus penampang elastik balok,

yang mana nilainya sebesar 0,91 modulus penampang elastik balok utuh. Selanjutnya

dapat dihitung besarnya beban yang dapat ditahan oleh balok (balok sederhana dengan 2

(dua) buah beban terpusat pada jarak 1/3 dan 2/3 bentang) yaitu,

Pu = 6 x Mu / L = 14865,59 N = 14,87 kN

Gambar 3 memperlihatkan setup benda uji pada alat uji Universal Testing

Machine, pengujian dilakukan dengan menggunakan acuan ASTM D143 (ASTM, 2014)

yaitu dengan metode pengujian center-point loading test. Kecepatan pembebanan pada

alat UTM yaitu (crosshead) adalah 2,5 mm/menit. Sedangkan Gambar 4 memperlihatkan

hasil pengujian sehingga benda uji mengalami mode kegagalan lentur. Gambar 5

memperlihatkan kurva hubungan beban vs deformasi hasil pengujian balok.

Tabel 1 memperlihatkan hasil perhitungan beban batas proporsional balok hasil

pengujian. Terdapat beberapa metode penentuan beban batas proporsional untuk material

kayu (Munoz dkk., 2010). Hasil pengujian memperlihatkan bahwa trend kurva hubungan

beban vs deformasi adalah kurva dengan rasio daktilitas terbatas, sehingga beban batas

proporsional besarnya mendekati beban batas ultimit.

Tabel 1. Kapasitas beban batas proporsional balok hasil pengujian.

Benda Uji P (kN) P rata-rata (kN)

Benda Uji 1 (BLB-01) 14004,93 15683,31

Benda Uji 2 (BLB-02) 17361,68

Perhitungan Analitis 14865,59



Gambar 3. Setup benda uji pada Universal Testing Machine.

Gambar 4. Mode kegagalan balok.



Gambar 5. Kurva hubungan beban vs deformasi balok hasil pengujian.

Gambar 6. Pengujian balok kayu di laboratorium.

Gambar 6 memperlihatkan suasana pembelajaran kepada beberapa mahasiswa

secara eksperimental di laboratorium pada saat pengujian lentur balok berlangsung.

Selanjutnya Tabel 1 memperlihatkan pembahasan kapasitas beban batas proporsional

balok. Hasil perhitungan pada Tabel 1 memperlihatkan bahwa perbedaan hasil antara

perhitungan analitis dengan hasil pengujian eksperimental adalah sebesar 5,54%.

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat disampaikan dari penelitian ini adalah hasil perhitungan

dengan metode analitis sesuai SNI 7379:2013 memperlihatkan bahwa kapasitas lentur

balok kayu adalah 14,87 kN sedangkan dari hasil pengujian di laboratorium diperoleh

kapasitas lentur (rata-rata) balok kayu adalah 15,68 kN. Perbedaan kedua metode tersebut

tidak signifikan yaitu sebesar 5,54%. Metode pembelajaran melalui pengujian

eksperimental di laboratorium dapat digunakan oleh mahasiswa sebagai media untuk

Beban

Batas

Proporsio

nal



mempelajari perilaku balok kayu yaitu kekuatan/kapasitas lentur, kegagalan yang terjadi,

serta metode pengujian yang digunakan. Hal ini sangat bermanfaat bagi mahasiswa untuk

memahami filosofi perencanaan komponen struktur bangunan gedung.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Fernando Salim, Christianto,

Stefanny Abigail, Bintang Fajarsyah, dan Jumali sehingga proses pembuatan benda uji

dan pengujian balok kayu dapat terlaksana dengan lancar. Pengujian dilakukan

Laboratorium Struktur dan Beton, Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik,

Universitas Kristen Maranatha, Bandung.

DAFTAR PUSTAKA

American Standard Testing and Material. 2014. Standard Test Methods for Small Clear

Specimens of Timber ASTM D143-14, American Standard Testing and Material.

Badan Standardisasi Nasional. 2013. Spesifikasi Desain Untuk Konstruksi Kayu - SNI

7973:2013. Badan Standardisasi Nasional.

Diredja, N.V., Pranata, Y.A. 2017. Metode Pembelajaran Kepada Mahasiswa Melalui

Pengujian Eksperimental Di Laboratorium (Studi Kasus Moda Kegagalan

Sambungan Kayu Dengan Beban Aksial Tarik), Konferensi Nasional Teknik Sipil

11, Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 2017.

Gere, J.M., Goodno, B.J. 2012. Mechanics of Materials 8th Edition, Cengage Learning.

Milyardi, R., Pranata, Y.A. 2017. Metode Pembelajaran Melalui Pengujian Eksperimental

(Studi Kasus Pengujian Destruktif Dan Pengujian Non-Destruktif Dalam

Menentukan Modulus Elastisitas), Konferensi Nasional Teknik Sipil 11,

Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 2017.

Munoz, W., Salenikovich, A., Mohammad, M., Quenneville, P. 2010. Determination of

Yield Point and Ductility of Timber Assemblies: In Search for a Harmonised

Approach.

Pranata, Y.A., Suryoatmono, B., Tjondro, J.A. 2012. Rasio Modulus Penampang Elastik

Balok Kayu Laminasi-Baut, Jurnal Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung, ISSN

0853-2982, Volume 19 Nomor 3, Desember 2012.

Pranata, Y.A., Suryoatmono, B. 2019. Struktur Kayu – Analisis dan Desain dengan

LRFD, Penerbit PT Remaja Rosdakarya.

URL: http://litbang.pu.go.id/puskim.



Wicaksono, T.M., Awaludin, A., Siswosukarto, S. 2017. Analisis Perkuatan Lentur Balok

Kayu Sengon Dengan Sistem Komposit Balok Sandwich (Lamina dan Plate),

Jurnal Inersia Volume XIII Nomor 2, Desember 2017.

metode pembelajaran berbasis analitis dan …

Documents