TUGAS MAKALAH
STRUKTUR KAYU
WINARTI SARMA HIZKIA YOSEFH P. HENDRIK ANRAMA DEBY L.
JURUSAN TEKNIK TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KRISTEN INDONESIA TORAJA
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kepada Allah Yang Maha Kuasa, oleh karena pertolonganNya sehingga
kami
dapat
menyelesaikan
makalah
DANTEGANGAN PADA KONSTRUKSI KAYU ”.
yang
berjudul
‘ SIFAT
MEKANIS
Tak lupa kami mengucapkan terimakasih
kepada pihak yang telah membantu kami dalam mengerjakan makalah ini. Kami menyadari dalam penyusunan makalah ini tidak luput dari kesalahan dan kekurang sempurnaan, maka dari itu kami sangat mengharapkan kritikan dan saran yang konstruktif dari semua pihak, akan kami terima dengan senang hati untuk kesempurnaan makalah ini. Akhirnya, kami berharap semoga makalah ini bermanfaat bagi penulis dan semua pihak yang membutuhkan serta dapat menjadi sumber inspirasi untuk ke depan nantinya. Terimakasih.
Makale, 3 November 2016
BAB I PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Penggunaan kayu sebagai bahan utama untuk kontruksi telah lama diketahui. Bahkan sejak awal mula dikenalnya dunia konstuksi bangunan , kayu (disamping batu) merupakan bahan bangunan tertua dalam konstruksi bangunan. Namun dimasa kini dan dimsas yang akan datang, meningkatnya kebutuhan dan konstuksi bangunan yang lebih berskala besar di satu pihak dan pesatnya kemampuan ilmu dan teknolgi bahan di lain pihak, menjadikan berbagai bahan banguna lain (misalnya baja dan beton) lebih berkemampuan untuk digunakan pada konstruksi-konstruksi bangunan yang tinggi, besar, dan luas. Akibatnya perana bahan kayu sebagai bahan konstruksi makin “tergeser”. Tergesernya peranan kayu sebagai bahan konstruksi juga berkaitan dengan berbagai kelemahan yang dimiliki kayu. Seperti : ketidak-seragaman kekuatan dan keawetan, ketrbatasan ukuran khususnya untuk memenuhi kebutuhan konstruksi bangunan yang makin berskala besar dan tinggi dan makin langka serta makin mahal 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 : banyakna kayu di beberapa daerah Indonesia, harga relatif murah dibanding dengan bangunan yang lain , kemudian mengerjakan, kemampuannya, untuk dibongkar pasang, dan lain-lain) menjadikan bahan kayu masih berpeluang digunakan sebagai bagian kontruksi bangunan di Indonesia. 2. Rumusan Masalah Pada MAKALAH ini penulis ingin membahas Sifat mekanis dan tegangan,Faktor yang mempengaruhi tegangan kayu, sifat-sifat mekanik kayu, dan modulus elastisitas.
BAB II PEMBAHASAN
1. SIFAT-SIFAT MEKANIK DAN TEGANGAN Sifat-sifat mekanik atau kekuatan kayu ialah kemampuan kayu untuk menahan muatan atau beban dari luar. Maksud muatan dari luar ialah gaya-gaya di luar benda yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah bentuk dan besarnya benda. Sifat mekanik atau kekuatan kayu meliputi: keteguhan tarik, keteguhan tekan/kompresi, kete guhan geser, keteguhan lengkung (lentur), kekakuan, keuletan, kekerasan dan kete guhan belah. Struktur Kayu
Gb. Bagian bagian kayu (1) Kulit Kayu, terdapat pada bagian paling luar pada batang. Kulit kayu terdiri dari kulit luar dan kulit dalam. Kulit luar yang mati berfungsi sebagai pelindung jaringan yang lain yang letaknya di dalam. Kulit dalam berfungsi sebagai transportasi hasil fotosintesis dari daun. (2) Kambium, merupakan satu lapisan sel yang bertugas membentuk sel-sel baru. Ke arah dalam membentuk kayu, ke luar membentuk kulit baru. (3) Kayu Gubal, adalah bagian kayu yang masih hidup. Umumnya berwarna lebih muda dan terang. Kayu gubal berfungsi sebagai salu ran bahan makanan dari akar ke daun untuk diolah lebih lanjut dan sebagai penyimpan cadangan makanan. (4) Kayu Teras, adalah kayu yang sudah mati. Umumnya berwarna lebih gelap dan mengandung ekstraktif. Untuk kayu yang ekstraktifnya bersifat racun terhadap orgnisme rusak kayu, kayu teras menjadi lebih awet dibanding kayu gubal.
(5) Hati Kayu, terletak pada pusat lingkaran tahun. Merupakan kayu awal yang dibentuk oleh pohon bersifat lunak dan rapuh.Jari-Jari Kayu, merupakan jalur-jalur sel kayu dari pusat lingkaran ke arah kulit pohon. Tersusun atas sel-sel ka yu yang berbaring. Berfungsi sebagai saluran makanan ke arah radial. (6) Lingkaran Tahun, terlihat sebagai lingkaran-lingkaran yang mengelilingi hati kayu. Perbedaan pertumbuhan pada musim penghujan dan musim kemarau terlihat pada perbedaan besarnya sel-sel yang dibentuk. Pada musin kemarau, sel yang dibentuk lebih kecil dengan dinding sel yang lebih tebal dibanding dengan sel-sel yang dibentuk pada musim penghujan. (7) Sel Kayu, beberapa jenis dan pola susunan sel ser ta pengaturannya dalam kayu akan mempengaruhi sifat-sifat kayu. Ada beberapa perbedaan penting dalam sel kayu berdaun jarum & kayu berdaun lebar. (8) Tipe Variasi Pohon Dilihat dari susunan kayunya ada 4 macam varian (a) Pohon yang mempunyai kayu G dan T, disebut juga pohon kayu teras. Perbedaan antara kayu T dan kayu G tampak jelas. Kayu T mempunyai warna gelap, terdapat disebelah dalam batang dan bagian luarnya adalah kayu G yang berwarna terang (b) Pohon yang mempunyai kayu G dan M, tidak memiliki kayu teras. Per bedaan antara kayu T dan kayu G tidak begitu jelas. Jika dari luar ke dalam kelihatan warnanya makin gelap, maka dikatakan masak dari luar. (c) Pohon yang mempunyai kayu G seluruhnya, tidak memiliki kayu teras. Dengan kata lain, pohon kayu gubal yaitu pohon yang mempunyai kayu tidak begitu keras. Seluruh penampang batang adalah tempat penyalur makanan dan mempunyai warna terang. (d) Pohon yang mempunyai kayu G, M, dan T. Poh on masak dari dalam ini mempunyai kayu teras yang kecil, lambat laun membesar. Kelihatan t iga perbedaan ke arah luar, yaitu kayu T, M dan G.
2. PENGERTIAN TEGANGAN KAYU Istilah kekuatan atau tegangan pada bahan seperti kayu erat kaitannya dengan kemampuan bahan untuk mendukung gaya luar atau beban yang berusaha merubah ukuran dan bentuk bahan tersebut.Gaya luar yang bekerja pada suatu benda akan mengakibatkan timbulnya gaya-gaya dalam pada benda tersebut yang berusaha merubah ukuran dan bentuk. Gaya-gaya dalam ini disebut dengan tegangan yang dinyatakan dalam gaya per satuan luas. Perubahan ukuran atau bentuk dikenal sebagai deformasi atau regangan. Jika tegangan yang bekerja kecil maka deformasi yang terjadi juga kecil, dan ketika tegangan dihilangkan sepenuhnya maka bentuk benda akan kembali pada bentuk semula sesuai dengan sifat elastisitas benda tersebut. Puncak garis kesebandingan antara kenaikan tegangan dengan kenaikan regangan disebut dengan batas sebanding. Diluar batas sebanding, regangan akan meningkat lebih besar dibandingkan dengan peningkatan tegangan. Jika tegangan yang didukung melebihi gaya dukung serat maka serat-serat akan putus dan terjadilah keruntuhan / kegagalan. Dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Kurva tegangan dan regangan bahan kayu dengan gaya aksial sejajar serat (Edlund, 1995)
Kayu memiliki beberapa jenis tegangan, pada jenis tegangan tertentu nilainya besar tetapi pada jenis tegangan yang lain nilainya kecil. Jenis-jenis tegangan yang berbeda tersebut berperan secara bersama-sama, sebagai contoh tegangan tekan akan berusaha menekan / memperpendek kayu, tegangan tarik akan berusaha memperpanjang kayu, dan tegangan geser akan berusaha menggeser serat-serat kayu. Biasanya secara bersamaan walaupun salah satu tegangan diantaranya akan mendominasi. Kemampuan benda untuk berubah bentuk dan kembali pada bentuk semula disebut fleksibilitas, sedangkan kemampuan benda untuk menahan perubahan bentuk disebut dengankekakuan. Modulus elastisitas adalah nilai yang mengukur hubungan antara tegangan dengan regangan pada batas sebanding dan menggambarkan istilah fleksibilitas dan kekakuan. Semakin tinggi nilai modus elastisitas maka kayu tersebut akan lebih fleksibel. Masing-masing tegangan memiliki nilai modulus elastisitas yang berlainan. Istilah getas dipakai untuk menggambarkan perilaku bahan yang putus walaupun hanya dengan sedikit perubahan bentuk tanpa memperhatikan besar kecilnya beban luar yang bekerja. Keuletan dan kekerasan adalah dua sifat kayu yang seringkali diartikan tidak jelas (memiliki banyak pengertian). Keuletan adalah kemampuan kayu untuk menyerap sejumlah tenaga yang relatif besar atau tahan terhadap kejutan-kejutan atau tegangan-tegangan yang berulang-ulang yang melampaui batas sebanding serta mengakibatkan perubahan bentuk yang permanen dan kerusakan sebagian. Sedangkan kekerasan adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya yang membuat takik atau lekukan atau kikisan (abrasi).
3. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI TEGANGAN KAYU Mungkin satu faktor yang mempengaruhi kekuatan kayu adalah kepadatan, tetapi masih banyak faktor lainnya seperti faktor anatomi : mata kayu, kemiringan serat kandungan air, dan temperatur. Semua faktor ini memerankan fungsi yang cukup jelas terhadap penentuan nilai kekuatan dan kekakuan kayu.
K epadatan Pengaruh kepadatan terhadap beberapa jenis kekuatan kayu memiliki korelasi yang baik seperti tegangan tekan sejajar serat, tegangan lentur, dan kekerasan. Bagian dari sebuah pohon juga memberikan pengaruh yang penting pada variasi kepadatan pohon. Kepadatan dan kekuatan akan kecil pada inti kayu (bagian tengah pada pohon) bagian dasar akan meningkat secara tajam ke arah luar dan meningkat secara pelan ke arah ketinggian (Desch dkk, 1981). Kuat tarik sejajar serat, belah, geser, dan ketahanan kejut meskipun juga dipengaruhi oleh kepadatan, juga dipengaruhi oleh penempatan serat-serat kayu atau cacat kayu secara lebih dominan.
K emiringan Serat Pada kemiringan serat 15 derajat, tegangan tarik sejajar serat, tegangan lentur statik dan tegangan tekan sejajar serat berkurang sampai 45%, 70%, dan 80% dari tegangan dengan serat lurus (Desch, 1981). Untuk keperluan umum, nilai angka aman pada perencanaan dan penggunaan kayu harus dapat mempertimbangkan pengaruh adanya kemiringan serat.
K andungan Air Kandungan air merupakan faktor yang mempegaruhi seluruh kekuatan kayu. Hampir semua kekuatan kayu meningkat apabila kandungan air diturunkan. Peningkatan kekuatan kayu akibat menurunnya kandungan air dari titik jenuh serat terjadi tidak secara linier. Sebagai contoh, kuat tekan sejajar serat pada kayu kering oven adalah tiga kali lebih tinggi dari pada kayu dengan kandungan titik jenuh serat.
Mata K ayu Mata kayu mempengaruhi jenis-jenis kekuatan kayu dengan tingkat yang berbeda-beda tergantung pada ukuran, letak dan jenisnya. Jenis-jenis kekuatan kayu dipengaruhi secara nyata oleh mata kayu. Hal ini disebabkan serat-serat pada mata kayu miring dan tidak teratur. Mata kayu tidak mempengaruhi semua jenis-jenis kekuatan kayu dengan tingkat yang sama. Tegangan geser, tegangan tekan tegak lurus serat dan modulus elastis sedikit dipengaruhi dengan adanya mata kayu, sedangkan tegangan tekan sejajar serat, tegangan lentur mengalami perubahan penurunan yang cukup besar dengan adanya mata kayu. Pengaruh mata kayu yang dinyatakan dalam luas mata kayu adalah sebanding terhadap luas tampang batang kayu itu sendiri. Lokasi mata kayu juga memiliki pengaruh dalam penurunan kakuatan kayu. Sebagai contoh pada sebuah balok kayu, mata kayu yang terletak pada daerah tekan akan akan sedikit pengaruhnya dari pada mata kayu dengan ukuran yang sama dan terletak pada daerah tarik. Sedangkan apabila letak mata kayu pada garis netral, maka pengaruhnya akan kecil sekali.
4. SIFAT MEKANIK MATERIAL KAYU Kekuatan Tarik
Dua arah kekuatan tarik pada kayu yaitu searah serat kayu atau tegak lurus (melintang) arah serat kayu. Kekuatan tarik kayu adalah bagaimana reaksi bahan kayu terhadap gaya-gaya yang menarik kayu. Pada umumnya kayu memiliki kekuatan tarik lebih besar searah serat kay Kekuatan Belah
Daya tahan kekuatan kayu terhadap tekanan belah paling rendah pada posisi searah serat. Walaupun demikian untuk beberapa jenis kayu tertentu sangat baik apabila kekuatan belahnya sangat lemah karena jenis kayu ini akan sangat cocok untuk pembuatan atap sirap atau kayu bakar.
Kekuatan Belah
Daya tahan kekuatan kayu terhadap tekanan belah paling rendah pada posisi searah serat. Walaupun demikian untuk beberapa jenis kayu tertentu sangat baik apabila kekuatan belahnya sangat lemah karena jenis kayu ini akan sangat cocok untuk pembuatan atap sirap dan kayu bakar .
Kekuatan Tekan
Adalah daya tahan kayu terhadap tekanan pada searah serat kayu atau melintang serat kayu. Kekuatan tekan kayu lebih lemah pada arah melintang serat.
Keteguhan Geser
Keteguhan geser adalah kekuatan kayu menahan gerakan dan tekanan yang membuat ka yu bergeser (tanpa pukulan) baik itu beban mati ataupun beban hidup. Beban mati artinya tekanan secara terus menerus pada skala tekanan tertentu. Sedangkan beban hidup berarti tekanan yang berulang-ulang dan bisa berubah-ubah kekuatannya. Keteguhan geser kayu paling besar adalah pada posisi melintang serat kayu.
Kelenturan (Kekuatan Lengkung)
Kayu juga tahan terhadap gaya yang berusaha melengkungkan kayu dengan satu kali t ekanan secara terus menerus atau berkali-kali (secara mendadak, seperti pukulan).
Kekuatan Belah
Daya tahan kekuatan kayu terhadap tekanan belah paling rendah pada posisi searah serat. Walaupun demikian untuk beberapa jenis kayu tertentu sangat baik apabila kekuatan belahnya sangat lemah karena jenis kayu ini akan sangat cocok untuk pembuatan atap sirap atau kayu bakar.
. Sifat-sifatMekanik a. Hubungan antara serat dengan arah gaya Kayu adalah benda non-isotropis ,oleh karena itu sifat-sifat mekanisnya keberbagai arah tidak sama. Untuk membedakan itu, kita memiliki arah sumbu yang tegak lurus sesamanya yaitu axial (sejajar arah serat), radial (menuju kepusat), dan tangensial (menurut arah garis singgung). 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 sumbut ersebut. Dalam perhitungan kita hanya membedakan 2 buah sumbu saja ,karena sifat-sifat mekanik kearah tangensial dan radial tidak banyak berbeda. 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/ɛ untuk suatu arah serat mempunyai bagian yang lurus sebelum membengkok. Yang disebut atas proporsional yaitu sebuah titik pertemuan diagram σ/ɛ ,antara bagian yang lurus dan yang membengkok .
b. Pengaruh kadar lengas kayu (temperatur) Kadar lengas kayu besar pengaruhnya terhadap kekuatan kayu, terutama daya dukungnya terhadap tegangan desak // arah serat dan juga I arah serat. Pengaruhnya tegangan tekuk lebih kecil. Tegangan tegangan izin untuk kayu yang ada ke mungkinan bahwa kadar lengasnya akan berubah-ubah seperti kayu untuk konstruksi je mbatan, 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 t egangan 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 agin dan salju.
5 .MODULUS ELASTISITAS (E) Pada perhitungan perencanaan batang tekan dan batang terlentur, beberapa rumus membutuhkan besaran elastisitas kayu.Ini diperlukan untuk menghitung perubahan bentuk elastisitas. Besaran E berbeda-beda menurut kelas kuat kayu, sebagaimana tersaji pada table beriku tini :
Tabel 2
Besaran Modulus Kenyal E kayu sejajar serat (Kelas Kuat dan Berat
jenis
kayu)
Kelas Kuat Kayu
E˵ (Kg/cm²)
I
≥ 0.90
125.000
II
0.60 – 0.89
100.000
III
0.40 – 0.59
80.000
IV
0.30 – 0.30
60.000
Kelas kuat kayu juga digunakan untuk menentukan modulus kenyal. J adi apabila telah diketahui berat jenis kayu, maka untuk menentukan modulus kenyal kayu harus diketahui pula kelas kuat kayu.
