STRUKTUR KAYU 

Yang akan kita bicarakan disini mengenai struktur kayu yang meliputi : Mutu kayu Sifat-sifat mekanis,fisik,hygrokopis dan tegangan ijin. Batang tarik Batang tekan Sambungan dan alat-alat sambung Tiang rangkap Balok susunLitratur yang dipakai adalah : Konstruksi Kayu oleh : Ir. Suwarno Wiryomartono

Konstruksi Kayu oleh : Ir. K.H. Felix Yap.Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI).

  

a) Pendahuluan.Indonesia adalah Negara yang sangat kaya akan kayu baik

jenis maupunkuantitasnya.Jenis-jenis pohon di Indonesia ada beberapa

ribu,pulau–pulau yang besar seperti Jawa,Kalimantan,Sulawesi,Irian

masih banyak mempunyai hutan sebagai penghasil kayu.Sayangnya dalam

konstruksikayu kita tidak banyak melakukanpenelitian-penelitian untuk

mendapatkan cara kontruksi kayu yang baru yang bermaksud untuk

penghematan pemakaian kayu.Karena kurangnya penelitian pemakaian

kayu didalam konstruksi di Indonesia terlalu berlebihan sedangkan alat-alat

sambungkayu yang digunakan termasuk sudah kuno. Dengan adanya

alat-alat sambung baru atau modern pemakaian kayu didalam konstruksi

dapat hemat,sedangkan bangunan yang besar,seperti kuda-kuda untuk

pabrik,gedung-Gedung pertunjukkan,gedung olah raga,yang mempunyai

bentang 50 m atau lebih dibuat dari kayu.Di Negara-negara maju seperti

Amerika Serikat,Swedia didalam bangunan gedung-gedung besar

pemakaian kayu se-bagai konstruksi pendukung banyak menggantikan besi/baja

dan beton bertulang.

Dipukul rata-rata konstruksi kayu dengan daya dukung yang sama,harganya ± 25% sampai 40% lebih murah dari pada konstruksi baja atau beton bertu-lang.Dengan pengetahuan tentang dasar-dasar bangun kayu serta sifat-sifatnya dan penelitian para ahli pemakaian kayu di Indonesia akan dapat dihemat,faktor aman pada konstrulsi kayu yang besarnya ± 10 dapat diperkecil men-jadi 5,5 sampai 8,asal teknik penyambungan dapat disempurnakan.

b)Bangun Kayu .Untuk mengerti sifat-sifat kayu sebagai bahan bangunan,kita perlu menger-ti bangun (structure)kayu.

Sifat-sifat yang menguntungkan :• Mudah didapat dalam waktu yang singkat sehingga harganya relative

murah.• Mudah dikerjakan menghemat ongkos pelaksanaan.• Berat Jenisnya ringan mudah pelaksanaannya.• Kekuatannya cukup tinggi• Sifat Elastisnya cukup baik.• Keawetan cukup,sehingga konstruksi bertahan cukup lama.• Mudah untuk melakukan penggantian.

Sifat-sifat yang kurang menguntungkan :• Kurang homogen adanya cacat-cacat alam seperti arah serat yang

berbentuk penampang sepiral dan diagonal,adanya mata kayu

• Beberapa kayu kurang awet dalam keadaan tertentu.• Mudah terbakar.

Sifat –sifat Kayu.• Kayu basah dan kayu kering • Kadar air untuk kayu basah

Kadar air untuk kayu basah > 30%

%100.15,1 xG

GGXku

kuX

X = kadar lengas dalam % = berat benda coba mula-mula = berat benda setelah kering udaraKadar kayu kering 12% - 18% rata-rata 15%Kering mutlak kadar airnya 0% ini tidak ada.Kembang susut ± 8 %Berat isi tergantung basah keringnya kayu.Bangun kayu.Untuk mengerti sifat-sifat kayu sebagai bahan bangunan kita perlu mengetahui bangun (struktur) kayu.Sifat-sifat kayu ada beberapa macam :• Sifat fisik• Sifat hygroscopis• Sifat mekanik

xG

kuG

Untuk mengetahui secara kasar apakah kadar lengas kayu < 30% dapat digunakan rumus pendekatan

Tampang melintang Pohon.

Bangun Kayu.

a) KulitKulit adalah bagian yang terdapat pada bagian terluar.Kulit terbagi dua yaitu kulit luar dan kulit dalam.Kulit luar adalah bagian yang sudah mati yang mem-punyai ketebalan yang berpariasi sesuai dengan jenis pohon.Kulit bagian dalam yang bersifat hidup dan tipis,yang gunanya mengangkut atau menghantarkan makanan yang dibuat didaun kebagian-bagian bawah lainnya.b).Kambium.Kambium merupakan jaringan tipis dan bening,melingkari kayu,kearah luar membuat kulit kayu,kearah dalam membuat kayu,dengan adanya kambium ma-ka pohon lambat laun akan bertambah besar.Pertumbuhan meninggi disebabkan jaringan meristem.Kambium terletak antara kulit dalam dan kayu gubal.c).Kayu Gubal.(sap wood)Kayu gubal adalah bagian kayu yang masih muda terdiri dari sel-sel yang masih hidup,terletak diselah dalam kambium dan berfungsi sebagai penyalur cairan dan tempat penimbunan zat-zat makanan.Kayu gubal memiliki warna yang te-rang.

d)Kayu teras.(heart wood) Terdiri dari sel-sel yang dibentuk melalui perubahan sel-sel hidup pada lingkaran kayu gubal bagian dalam,disebabkan terhentinya fungsi sebagai penyalur cairan dan lain - lain proses kehidupan.Kayu teras umumnya berwarna lebih gelap dari kayu gubal.

e).Hati (pich) Merupakan bagian kayu yang terletak pada pusat lingkaran tahun.Hati berasal dari kayu awal, yaitu bagian kayu yang pertama kali dibentuk oleh kambium. Bagian ini sangat berguna untuk menentukan sesuatu jenis pohon.

1.2.Sifat Fisik.•Pengaruh TempraturKayu mengembang jika dipanaskan dan menyusut bila didinginkan.Pengaruh tempratur ini tidak begitu penting atau tidak begitu besar pengaruhnya seperti kadar lengas.•Daya Antar Panas.Kayu memiliki pori-pori yang banyak,memiliki kantong-kantong yang berisi uda-ra yang tidak bergerak,oleh karena itu kayu baik sekali dipakai sebagai bahan sekat.Banyaknya pori tersebut tergantung dari angka rapat kayu.•Daya Antar Listrik.Jika kayu dalam keadaan kering maka merupakan daya antar listrik yang jelek,tetapi jika kondisinya basah atau mengandung banyak air maka kayu dapat menjadi pengantar listrik.Daya antar listrik juga dipengaruhi oleh kadar lengas kayu.Dengan kadar lengas 0,kayu akan menjadi bahan sekat yang baik sekali.

1.3.Sifat Higroskopik. •Kadar LengasKayu tidak begitu peka terhadap derajat panas tetapi peka terhadap lembab udara.Perubahan kadar lengas kayu menyebabkan mengenbang dan menyusutnya kayu. Jadi turunnya kadar lengas kayu menyebabkan bertambahnya kekuatan kayu.Jika udara semakin lembab maka kadar lengas juga semakin besar.•Kembang SusutKayu akan mengembang bila kadar lengasnya bertambah dan menyusut bila kadar lengasnya berkurang.Tetapi besarnya kembang susut itu tidak sama kesemua arah.Disini dibedakan menjadi tiga arah,yaitu arah :•radial (menuju kepusat kayu), •tangensial (searah dengan garis singgung)•arah axial (searah dengan panjangbatang )Untuk semua jenis kayu kembang susut itu dipengaruhi oleh derajat panas dan angka rapat kayu.

Tangensial Axial

Radial

1.4.Sifat Mekanik.

/

Untuk arah tangensial dan axial tidak banyak berbeda maka dibedakan atas dua arah yaitu tegak lurus arah serat(tangensial dan radial) dan sejajar arah serat (axial).Kayu tidak mempunyai batas kenyal yang terang tetapi memiliki batas propor-sional.Berbeda dengan baja kayu tidak mempunyai batas batas kenyal yang terang tetapi diagram untuk sesuatu arah ( // atau ) mempunyai bagian yang lurus sebelum membengkok.

P

trtr //

//// dstr 5,2....2..//

// sampaids

tr

)( // dstr

1.4.1.Hubungan Arah Serat dan Arah Gaya. 1.Kayu lebih kuat mendukung gaya tarik sejajar arah serat daripada tegak lurus arah serat ( )

2.Menurut arah serat kayu lebih kuat mendukung tarikan daripada mendukung desakan ( ) Perbandingannya

3.Kayu lebih kuat mendukung gaya desak // arah serat daripada arah serat Pada batas kenyalnya 4.Kayu lebih kuat mendukung gaya geser tegak lurus serat daripada sejajar arah serat Dan sedemikian besarnya sehingga jarang terjadi kayu patah karena gaya geser.Umumnya akan timbul retak-retak akibat daya desak terlebih dahulu daripada retak-retak akibat geser tegak lurus.

)( //dstr

)( tr )( tr

5,2..2//

// sampaids

tr

1.4.2. Dagram Tegangan Lentur. Perbedaan besar antara daya dukung terhadap gaya desak dan gaya tarik menyebabkan sifat istimewa dari balok kayu.Seperti diketahui

Perbandingan ini menyebabkan hukum Navier,yaitu suatu anggapan adanya pembagian tegangan yang linier dan simetrik tidak dapat dipakai.Apabila balok yang dibebani momen sudah mendekati titik patahnya,maka diagram tegangannya tidak merupakan segitiga lagi, melainkan merupakan parabola pangkat dua dengan titik maximumnya berada pada serat yang terluar. Anggapan ini adalah yang paling sesuai dengan kenyataan.Ada juga yang me nganggap diagramnya sebagai trapesium (ini untuk memudahkan perhitu- ngan).

xx

a)

h h

ds

ds

trtr

b)

ds

nn

hx

nhnX

xhx

xhx

ds

tr

trds

343

3)34(

..34

.21.

32

a).Untuk Parabola Berpangkat 2 dapat dicari garis netralnya apabila diketah- ui nilai

Selanjutnya misalnya ukuran balok lebar = b, dan tinggi = h. Dari syarat,bahwa resultante gaya tarik = resultante gaya desak terdapatlah persa-maan.

Jadi tiap-tiap nilai dapat dicari ........... x/h. Misal n = 1,5 .............. x/h = 0.53 n = 2 ................ x/h = 0,60

ds

trn

b) Untuk Trapesium Persamaannya.

n = 1 ……….. x/h = 0,52 n = 2 ……….. x/h = 0,56.

Daya dukung kayu terhadap lenturan lebih basar dari desakan tetapi lebih kecil dari tarikan.Hal ini dapat dilihat dari gambar grafik dibawah ini.

2

2

)1(1

nn

hx

I Tarikan

II Lenturan

III Desakan

E trE lt

E ds

PT

PT

PT

Seperti terlihat dalam gambar Boleh dikatakan tak ada batas kenyal PT untuk batang yang tertarik.Pada batang yang terdesak dan terlentur batas kenyal PE terletak kira-kira 65 % dan 75 % dari tegangan patah PT

1.4.3.Pengaruh Angka Rapat Karena kekuatan kayu sebanding dengan banyaknya zat kayu yang dikandungnya,maka semakin berat kayu (angka rapatnya besar) semakin kuat kayu tersebut.Tetapi dengan anggapan bahwa faktor-faktor lain sama,seperti kadar lengas,seperti diketahui semakin besar kadar lengasnya maka kayu semakin berat.

1.4.4.Pengaruh Kadar Lengas. Kadar lengas kayu besar pengaruhnya terhadap kekuatan kayu,terutama daya dukungnya terhadap tegangan desak sejajar arah serat dan juga tegak lurus arah serat.Pengaruhnya terhadap daya dukungnya terhadap te-gangan tekuk lebih kecil.Pengaruh kadar lengas pada kayu sangat besar.Semakin kecil kadar lengas-nya maka semakin besar tegangan maksimum kayu tersebut.Oleh karena itu penting artinya pengeringan kayu sebelum digunakan untuk bangunan.

Gambar 1.11 Hubungan Kadar lengas dengan Tegangan.A = Tegangan patah karena momen lenturB = Tegangan pada batas kenyal untuk balaok lentur

C = Tegangan patah karena desakan.D = Tegangan pada batas kenyal untuk batang terdesak.

16000

14000

12000

10000

8000

6000

4000

20000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

1200

1000

800

600

400

200Kadar lengas

Pound/Inci² = 0,0703 kg/cm²

Gambar 1.11. Dikutip dari buku Woodhandbook.Terlihat hubungan kadar lengas dengan :A. Tegangan maximum untuk balok terlentur.B. Tegangan pada batas-batas kenyal untuk balok yang terlentur.C. Tegangan desak maximum.D. Tegangan desak pada batas kenyal.Teranglah disini betapa besar pengaruh kadar lengas terhadap

daya dukung Kayu.Karena itu penting untuk melakukan pengeringan kayu

sebelum digunakan untuk sesuatu bangunan. Teg angan –tegangan ijin untuk

kayu yang ada kemungkinan berubah-ubah,seperti kayu untik konstruksi

jembatan,harus -lah kurang daripada tegangan-tegangan ijin untuk kayu untuk

bangunan.

1.4.5.Pengaruh Cara dan Lamanya Pembebanan. Kayu dapat dibebani dengan beberapa cara,yaitu : 1. Dalam beberapa detik seerti tiang tumbuk. 2. Dalam jangka pendek yaitu sekitar ± 4 sampai 5

menit.Biasanya pada saat dilakukan percobaan di Laboratorium.

3. Dalam jangka sedang,dimana kayu dibebaniselama setahun atau lebih

misalnya pada pekerjaan perancah. 4. Dalam jangka panjang,dimana kayu dibebani dalam waktu yang lama >10 th,seperti pada bangunan-bangunan biasa.Menjadi sifat yang khusus dari kayu,bahwa semakin semakin

cepat kayu dibebani (semakin pendek waktu pembebanan) semakin besar

tegangan yangdapat didukungnya.Dibebani 1 jam > 1 th. Untuk itu kayu merupakan bahan yang

baik untukmendukung beban dalam waktu yang pendek,seperti tegangan

yang timbul akibat angin dan salju.Jadi kayu baik :a. kuda-kuda,menara,hanggar dsb dimana gaya tekanan angin

merupakan faktor penting didala bangunan tersebut.b. lantai,(bukan lantai gudang)yang hanya dibebani dalam

waktu yang pendek saja.

1.m

eni

t1.m

enit 1.

jam

. 1.ha

ri. 1.bu

lan. 1.

tah

un 10.ta

hun 50

.tahu

n.

2.0

1.9

1.8

1.7

1.6

1.5.

1.4

1.3

1.2

1.0

0.9

kejut

AnginSalju

BiasaPermanen

Lamanya pembebanan.

Gambar .1.12. menunjukkan hubungan antara lamanya pembebanan dan perbandingan tegangan ijin terhadap tegangan biasa(dikutip dari handbook USA.A).Apabila sebagai ukuran diambil tegangan untuk bangunan permanen (50 th atau lebih)maka perbandingan itu akan bertambah lagi,jadi untuk tegangan kejut lebih daripada 2 dan untuk tegangan yang ditimbulkan oleh angin > 1,33.Teranglah bahwa (tegangan ijin)harus diubah-ubah sesuai dengan lamanya pembebanan.Misal kita merencanakan bangunan untuk dipakai 6 bulan setelah itu dirombak maka dapat dinaikkan dengan 10 % dengan untuk jangka panjang.Biasanya diambil untuk 50 th tegangan untuk bangunan permanen.Beberapa contoh beban dan tambahan baik untuk ,lentur ,tarik dan sebagainya tetapi tetapi besarnya E tidak dipengaruhi. Gaya tiup angin (5 s/d 10 menit) 33,33 % Gaya karena gempa bumi 33,33 % Gaya beban salju ( 2 bulan ) 15 % Beban untuk 7 hari 25 % Beban orang untuk lantai 33,33 % Beban kejut 100 % Untuk berat sendiri dan beban mati dan tekanan angin bersama-sama 25 %

ds ds

Pengaruh penyimpangasn arah serat.

Arah serat menyimpang dari arah sumbu balok.Jika penyimpangan itu yang dinyatakan dalam b/a pada gambar tdak lebih daripada 1/20,maka boleh dikatakan tidak ada pengaruhnya terhadap kekuatan balok.Tetapi bila b/a > 1/20,maka kekuatan dari balok kayu akan berkurang.Di Amerika Serikat pengaruh ini telah ditetapkan sebagai berikut.

ba

Penyimpangan b/a

max. dalam % terhadap kayu berserat lurus

dalam % ter-hadap kayu berserat lurus.

1:81:101:121:141:151:161:181:20

66748287100

53616974768085100

ds maxlt

Di Amerika Serikat pengaruh ini telah ditetapkan sebagai berikut.

Oleh karena itu didalam memilih batang-batang kayu arah serat itu perlu diperhatikan.7. Arah gaya dan arah serat.Apabila arah gaya desak membentuk sudut α dengan arah serat maka tegangan max yang dapat dipikul terletak antara

max,max// dengan

serat.arah dan gayaarah antarasudut tekanantk

kandiperkenan yangtegangan

)sinασσ(σασ tktk//tk//tk

90

90

Rumus yang dipakai di Indonesia sama dengan yang biasa dipakai di Negara-negara Eropa.

Pengaruh mata kayu dan cacat-cacat kayu yang lainnya.Adanya mata kayu pada pohon tidak bisa dihindari,sedang pengaruh mata kayu tidak kecil terhadap kekuatan kayu.Pengaruh ini tergantung pada letak dan tempatnya mata kayu.