Perilaku sambungan kayu dengan baut tunggal berpelat sisi baja akibat beban uni-aksial tarik = Behaviour of single-bolted timber connections with steel side plates under uni-axial tension loading

Abstract

Perilaku sambungan kayu dengan baut sangat kompleks karena sifat ortotropik dan non-linier bahan kayu. Demikian pula dengan interaksi antara kayu dengan baut pada bidang kontak. Disertasi ini memaparkan hasil penelitian tentang sifat mekanik linier/non-linier kayu dan perilaku sambungan kayu dengan baut tunggal dan pelat baja pada kedua sisi yang diperoleh dari uji eksperimental pada tiga jenis kayu Indonesia berdaun lebar, yaitu Akasia, Meranti dan Keruing. Ruang lingkup penelitian ini meliputi uji eksperimental sambungan papan dan balok kayu dengan baut tunggal dan pelat penyambung baja pada ke dua sisi. Rentang berat jenis kayu yang digunakan adalah 0.40-0.80. Diameter baut yang digunakan 12 mm, 16 mm, 19 mm dan 22 mm dengan rasio kelangsingan 1.5-4.0. Baut diasumsikan kaku dengan mutu BJ-51 (fy=410 MPa). Jarak ujung bervariasi dari 4d, 5d, 6d dan 7d dengan d adalah diameter baut. Pengaruh sudut antara arah tegangan dan sumbu bidang tangensial pada penampang juga diteliti. Sifat mekanik bahan kayu berupa kuat tarik, kuat tekan, kuat geser, dan kuat tumpu baut didapat dari hasil uji eksperimental benda uji bebas cacat. Persamaan-persamaan dalam fungsi berat jenis dan sudut antara serat kayu dan arah tegangan dihasilkan melalui analisis regresi majemuk. Sifat mekanik nonlinier untuk kuat tekan yang diperlukan pada analisis non-linier juga dipaparkan dalam disertasi ini. Kurva tegangan-peralihan dari sambungan dengan baut tunggal dan pelat baja pada kedua sisi dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain sifat fisik dan sifat mekanik linier/non-linier kayu dan sifat mekanik baja, dimensi sambungan dan alat penyambung, angka kelangsingan dan jarak ujung. Dari fenomena hasil uji eksperimental 288 buah benda uji, interaksi yang kompleks dari faktor-faktor tersebut disederhanakan dalam bentuk parameter-parameter kekakuan elaetis k1, batas proporsional FefII, kuat tumpu baut pada 5% offet diameter FeUi dan rasio br linier Rk2. Kurva tegangan-peralihan dibentuk oleh tiga buah garis yaitu garis elastis dengan batas FefII, garis lengkung non-linier dengan batas FefII, dan garis linier post-elastis dengan batas keruntuhan berdasarkan daktilitas. Perilaku sambungan dengan baut tunggal diprediksi dengan menggunakan tiga buah persamaan garis tersebut yang membentuk suatu kurva tegangan peralihan. Kurva tersebut telah teruji dengan membandingkan kembali dengan kurva hasil uji eksperimental dari benda uji sambungan kayu Akasia, Meranti, Keruing, Durian dan Bangkirai. Batas kinerja sambungan atau batas keruntuhan dinyatakan dengan angka daktilitas miu-up. Angka koreksi daktilitas Rd dan rasio daktilitas untuk disain miu-d disarankan karena tingkat daktilitas miu-up mempunyai variasi yang cukup besar. Model kurva tegangan-peralihan dalam disertasi ini hasilnya lebih baik dan cocok dengan hasil uji eksperimental jika dibandingkan dengan model-model kurva teoritis Teichmann and Borkmann, Foschi and Bonae dan Bla-beta. Model kurva teoritis yang ada sebelumnya tersebut kurang memadai dalam memrediksi kuat tumpu baut pada 5% offset diameter selain hal tersebut bentuk kurva lengkung non-lillier yang dihasilkan lebih landai. Model kurva teoritis tersebut tidak mempunyai batas peralihan saat terjadi keruntuhan. Teori-teori tegangan elastis dan fraktur yang sudah ada dapat digunakan untuk memrediksi besarnya gaya untuk tercapainya kuat tarik tegak-lurus serat, kuat tekan leleh/batas, mulai terbentuknya retak akibat fraktur dan mulainya penjalaran retak. Besarnya gaya yang menghasilkan tegangan-tegangan kritis material pada kurva gaya-peralihan akan dapat memberikan gambaran perilaku sambungan yang lebih jelas. Sambungan kayu dengan baut tunggal berpelat baja pada ke dua sisi juga diuji terhadap beban statik berulang. Hasilnya menunjukan bahwa sebelum terjadi penjalaran retak yang merambat dengan cepat, degradasi pada kekakuan elastis, kekuatan dan daktilitas sambungan tidak terjadi. Model kontak elemen antara kayu dan baut, dan sifat ortotropik kayu dapat dimodelkan dengan metode elemen hingga dengan menggunakan program ADINA v8.3. Program mempunyai keterbatasan karena hanya dapat memrediksi dengan baik tegangan-tegangan dalam batas elastis. Perangkat lunak yang ada tidak dapat memodelkan sifat non-linier dan regangan runtuh batas dengan tepat. Persamaan-persamaan untuk menghitung sifat-sifat mekanik kayu dalam disertasi ini diharapkan dapat memberikan masukan untuk Peraturan Kayu Indonesia. Sifat mekanik non-linier yang dihasilkan dapat memperjelas perilaku non-linier bahan kayu dan diharapkan dapat mendorong dibuatnya perangkat lunak yang dapat memperhitungkan sifat ortotropik non-linier dan batas regangan runtuh yang berbeda pada masing"masing arah sumbu. Model kurva prediksi tegangan-peralihan yang dihasilkan dapat digunakan untuk analisis yang lebih aktual pada sambungan dengan baut majemuk.