Utilitas Bangunan

mungki kita sering berkunjung ke suatu mall yang ada di kota-kota besar. kita sering terpukau dengan produk-produk terbaru yang dipajang di salah satu toko. apalagi produk tersebut kita orang pertama yang membeli dan menggunanya. mungkin kita akan lebih merasa pede ketika kita barang tersebut menemani aktivitas kita. selain itu ada kadang ada fenomena lain lagi yang sering kita jumpai ketika kita berjalan-jalan ke suatu mall. kita shoping ke mall hanya untuk melepas bete setelah seharian atau sepekan bergelut dengan namanya pekerjaa.

Baca selengkapnya »

Struktur kayu

I. SIFAT KAYU.

Umum:

Indonesi (dalam negeri).

Negara Indonesi merupakan daerah iklim tropis dimana terdapat hutan yang cukup banyak dan luas sehingga Indonesia kaya akan hasil hutanya. Dimana ribuan jenis kayu yang dihasilkan baik digunakan untuk kebutuhan sehari-hari mau untuk kebutuhan komersil. Hutan-hutan yang terdapat di wilayah Indonesia tersebar di berbagai wilayah seperti :

1. Pulau jawa

2. Sumatra

3. Kalimantan

4. Sulawesi.

Pemakaian kayu.

Secara tradisional kayu digunakan untuk keperluan masyarakat dan untuk struktur bagunan, sehingga pilihan utama bangunan sementara.

Perkembangan teknologi kayu

Dalam perkembangannya kayu digunakan sebagai bahan bangunan dimana kayu memiliki keunggulan seperti ,

1. Mudah didapatkan.

2. Mudah diperoleh.

3. Bangunan kayu aman terhadap gempa.

4. Nilai estetika tinggi.

5. Dapat dibudidayakan.

6. Bahan relative ekonomis.

Luar Negeri.

Negara-negara penghasil kayu di luar negeri seperti,

1. Amerika

2. Swedia.

3. Dll.

Pemanfaatan kayu diluar negeri lebih baik dari pada penggunaan dalam negeri. Dimana kayu digunakan pada

1. Bangunan yang memiliki bentangan yang panjang.

2. Sebagai struktur pendukung pengganti baja dan beton bertulang.

3. Lebih murah 25-40% dari pada baja dan beton.

Segi negative/kerugian

Kayu selain menggunakan memiki keunggulan juga memiliki kerugian seperti:

1. Pemakaian kayu menjadi boros, karena sulit dalam penyambungan.

2. Belum banyak dikembangakan cara dan teknik sambungan kayu yang baik,effektif,praktis,ekonomis.

3. Factor aman (n) masih cukup besar = 10, pemakaian boros/tidak ekonomis

Perkembangan sambungan:

1. Dengan adanya alat sambung modern seperti kokot, pasak dll. Sehingga struktur kayu bisa digunakan pada bangunan yang besar dengna bentangan (= / < ) 50 m seperti:

- Konstruksi kuda-kuda pabrik,

- Gedung pertunjukan,

- Gedung olah raga.

2. Dengan makin banyaknya para peneliti/ilmuan konstruksi kayu, termasuk memahami sifat dann perilaku kayu diharapkan:

- Pemakaian kayu di Indonesia dapat di hemat,

- Sistim dan teknik penyambungan dapat di sempurnakan.

- Factor aman struktur di turunkan / diperkecil menjadi 8-5,5.

Jenis kayu untuk struktur.

1. Kayu glugu/ pohon kelapa,

2. Kayu Kalimantan,

a. Meranti,

b. Kruing

c. Bangkirai

d. Kamper, dll

II. STRUKTUR BANGUN KAYU.

Perlu memahami struktur bangunan kayu untuk dapat mengetahui sifat-sifat kayu sehingga kayu dapat dimanfaatkan dengan setepat-tepatnya pada suatu bangunan.

Sifat-sifat kayu yang terdiri dari :

a. Sifat fisik,

b. Fifat hidroskopis

c. Sifat mekanis.

1. Tampang melintang batang kayu.

Gb 1. 1 Tampang lintang batang kayu.

Keterangan :

a. Kulit luar kayu (outer bark).

merupakan bagian terluar batang yang telah mati.

Fungsi : melindungi kulit dalam.

b. Kulit dalam ( inter bark)

Merupakan bagian kulit batang yang masih hidup.

Fungsi : pengangkut makanan dari daun keseluruh bagian batang pohon.

c. Lapisan kambium.

Merupakan lapisan tipis yang tebalnya ukuran mikroskopis, terjadinya proses pertumbuhan sel kayu. Pada lapisan ini sel-sel membelah dan tumbuh membentuk sel-sel kulit baru ke bagian luar dan zat kayu baru ke bagian dalam.

d. Kayu gubal (sap wood).

Merupakan kayu lunak yang berwarna keputih-putihan yang berada di sebelah dalam lapisan cambium.

Fungsi: mengantarkan zat makanan dari akar ke daun tempat penyimpanan bahan makanan. Tidak dapat dipakai sebagai bahan struktur/cepat lapuk.

e. Kayu teras (hearth wood)
merupakan bagian kayu yang terletak di sebelah dalam kayu gubal, warna lebih tua.

Fungsi ; sebagai inti kayu yang kokoh, kuat dan awet sehingga dapat dipakai sebagai bahan struktur. Tidak terdapat zat-zat makanan karena sudah mati.

f. Hati kayu (piton).

Sebagai kumpulan sel-sel kayu membentuk pipa memanjang sejajar (//) batang poho.

g. Jari-jari teras (wood rays).

Sebagai kumpulan sel-sel kayu membentuk pipa-pipa/saluran melintang /tegak lurus batang pohon.

Fungsi : menyalurkan makanan melalui bagian teras.

Gambar diatas menunjukan potongan melintang batang/pohon kayu, kecuali kayu dari golongan tumbuhan palm & rumput-rumputan (bamboo).

2. Sel kayu.

sebuah batang kayu merupakan ku,pulan sel-sel kayu yang disatukan oleh zat perekat yang disebut “lignin” . sel-sel kayu kebanyakan berbentuk pipa dengan ujung peruncing (lihat gambar). Dinding sel adalah ruang kosong.

Gb.1.2 Bentuk sel kayu.

III. SIFAT KAYU.

Sebagai peritngan dalam penentuan jenis kayu yang digunakan untuk bahan bangunan perlu memahami tentang Janis sifat kayu Yaitu :

1. Sifat fisik,

2. Sifat hidroskopik

3. Sifat mekanik.

1. Sifat Fisik.

Tinjauan terhadap :

a. Pengaruh suhu & daya hantar panas.

b. Daya hantar listrik.

a. Pengaruh suhu dan daya hantar panas.

1. akibat perubahan suhu,

- kayu mengalami kembang susut.

- Angka muai kayu linier kayu // Serat kecil sekali

- Angka muai limier ( λ_l) serat besar.

λ_l tegak lurus serat = 56.10^-6 > λ_l min (23.10^-6).

2. Pada perambatan panas,

Akan bertahan oleh pori-pori rongga pada sel kayu, sehingga kayu bersifat penyekat panas.

Makin banyak pori dan rongga udarannya, kayu makin kurang menghantarkan panas.

Daya hantar panas (k) suatu bahan (kg.cal/m.j.c^o) samadengan banyaknya panas (kg.cal) yang diteruskan dalam bahan tersebut tiap satuan luas /m² dalam satuan waktu (jam) pada perbedaan suhu 1^oC dengan tebal bahan (m) kayu arah // serat maka k = 0,10 < k. seng (95).

Daya hantar panas (k) kayu tergantung dari banyaknya pori-pori dan rongga udara / angka rapat kayu dan kadar air kayu. Pada kadar air tinggi nilai k bertambah besar.

b. Daya hantar listrik.

Kayu sebagai bahan organis, kurang bersifat menghantarkan aliran listrik. Daya hantar listrik pada kayu tidak tergantung pada jenis kayu dan angka rapat kayu tetapi dipengaruhi oleh kadar air kayu. Kayu dengan kadar air = 0, sebagai bahan isolator arus listrik yang baik. Kayu dengan kadar air semakin tinggi semakin besar pula daya hantar mengalirkan arus listrik.

2. Sifat hidroskopik.

a. Kembang susut.

Kayu peka terhadap pengaruh kelembaban udara. Kelembaban udara lebih berpengaruh dari pada perubahan panas/pemuaian kayu tegak lurus serat.

Kembang susut akibat pengaruh kelembaban lebih besar.besarnya kembanga susut kayu dipengaruhi okadar air, angka rapat. Kelembaban udara lebih berpengaruh dari pada perubahan panas/pemuaian kayu tegak lurus serat.

Kembang susut akibat pengaruh kelembaban lebih besar.besarnya kembanga susut kayu dipengaruhi okadar air, angka rapat/berat jenis kelembaban udara.

Prosentase susut kayu yang tekelembaban udara.

Prosentase susut kayu yang terbesar pada arah volume trik = 7-21% dari pada arah tangensial (// garis singgung ), radial/menuju pusat zat sel (// serat). Kecuali bentuk tampang yang aka berubah susust kayu menyebabkan cacat, pecah-pecah dan sobek-sobek pada muka kayu.

Kadar air kayu mudah menguap pada arah sejajar (//) serat, sehingga ujung-ujung batang akan lebih mudah retak-retak oleh penyusutan.

b. Kadar air

Air dalam kayu terdiri dari air bebas yang mengisi ruang antar sel dan air ikat yang mengisi dinding sel.

Kadar air pada kayu merupakan rasio berat air dengan berat kering kayu tungku X 100%. Air ikat sangat berpengaruh terhadap penyusutan kayu.

Kondisi titik jenuh serat merupakan suatu kondisi dimana air bebas telah habis keluar/menguap dari ruang antar sel tinggal air ikat saja dan dinding selnya. Kadar air pada kondisi titik jenuh serat = 25-35% (tergantung jenis kayu), untuk kayu jati 28%. Kayu yang mongering dibawah titi jenuh serat penyusutanya cukup besar , sedangkan perubahan kadar air diatas titik jenih derat penyusutanya relative stabil. Kekuatan kayu bertambah besar bila kayu mongering dan kejadian turunnya kadar air yang berakibat dinding sel menjadi semakin kuat.

Kadar air imbang yaitu kondisi kadar air ,suhu dan kelembaban udara disekelilingnya stabil. Kadar air imbang suatu jenis kayu tergantung dari sifat hidroskopisitas kayu, yang dipengaruhi oleh banyaknya sel kayu, yaitu humiselulosa dan lignium.

Kadar air imbang sebagai dasar diindonesia diambil keadaan di bogor dengan kadad air imabang rata-rata =15%, suhu 27^oC dan kelembaban udara = 72%. Agar suatu struktur bangunan kayu tak terganggu oleh kembang susut yang akan terjadi akibat perubahan kadar air, maka perlu diperhatikan kadar air yang tepat untuk kayu bangunannya. Sebagai pedoman kadar air yang cocok untuk berbagai struktur :

Contoh : - untuk jembatan = 18%

- Kuda-kuda terlindung = 16%

3. Sifat mekanik.

a. Dukungan gaya oleh serat kayu.

Kayu sebagai bahan organis merupakanbahan yang bervariasi struktur bahannya, memiliki angka rapat & dan kekuatan yang berbeda-beda meskipun dari batang pohon yang sama.

Kayu bersifat anisotropy (non isotropic material) dengan kekuatan yang berbeda-beda pada berbagai arah. Tinjauan kekuatan kayu meliputi :

a. Arah aksial (// serat)

b. Arah radial (arah kepusat)

c. Arah tangensial (arah garis singgung)

Pada arah tangensial dan radial tidak berbeda besar, oleh karena itu : tinjauan sifat mekanis kayu terdiri dari :

a. Arah aksial (arah//serat)

b. Arah tangent sial dan radial / arah tegak lurus serat.

Sebuah sel kayu dapt mengalami gaya tarik atau desak pada arah // serat dan arah tegak lurus serat.

Gb. a. gaya // serat Gb.gaya tegak lurus serat.

Bila sel kayu di tarik ujung-ujungnya, mendapt gaya tarik sejajar (//) serat, kayu mengalami patah tarik sehingga kulit sel hancur dan patah. Bila gaya tarik terjadi pada arah tegak lurus( L ) serat maka menyebabkab zat lekat linin akan rusak.

Dukungan gaya pada arah tegak lurus (L) serat kecil sekali, karena gaya tarik hanya merusakkan zat lignin.

Gaya desak terjadi pada arah sejajar (//) serat, sel kayu menjadi tekuk. Sel-sel kayu sampingnya akan menghalagi tekuk kearah luar, sehingga sel kayu patah karena tekuk ke dalam .

Bila gaya desak terjadi pada arah tegak lurus (L) serat, seolah-olah sel kayu seperti dipejet saja. Sel kayu bisa mengalami gaya geser antara sel.geser sejajar (//) serat menyebabkan rusaknya zat lekat lignin. Bila gaya geser terjadi pada arah tegak (L) serat, seolah-olah gaya memotong dinding-dinding sel. Gaya untuk memotong dinding sel > dari gaya untuk mematahkan zat lekat lignin.

Dari uraian dapat di simpulkan :

1. Kayu lebih hemat mendukung gaya tarik // serat dari pada gaya tarik tegak lurus (L) serat (σ_tr // > σ_tr L ).

2. Kayu lebih kuat mendukung gaya desak sejajar (//) serat dari pada gaya desak arah tegak lurus (L) serat (σ_ds // > σ_ds L).

3. Kayu lebih kuat mendukung gaya tarik dari pada gaya desak arah // serat (σ_tr // > σ_ds //), rasio : σ_tr / σ_ds L = 2-2,5.

4. Kayu lebih kuat mendukung gaya geser tegak lurus (L ) serat dari pada gaya geser // serat (τL > τ// ).

b. Tegangan – regangan kayu.

Kayu yang dibebani // serat hingga patah, mempunyai grafik/kurva hubungan tegangan >< regangan (lihat gambar). Kayu merupakan bahan yang elastik, pertambahan beban menyebabkan pertambahan regangan hingga patah pada beban maksimum.

σ

patah

e

O ε

Gbr. Diagram tegangan –regangan kayu.

Hokum Hooke = bahan yang elastic,

E = σ/ ε

Dimana :

E = modulus elastic bahan

σ = tegangan (beban / luas tampang)

ε = regangan, pertambahan panjang / satuan panjang ( ΔL/L).

modulus elastic kayu (E) = kemiringan garis lurus , O – e.

pada diagram regangan tegangan. Titik e dianggap sebagai batas elastic kayu, ditentukan secara empiris.

Dari hasil uji beban diperoleh grafik hubungan antara regangan – tegangan. Pada grafik diambil garis sejajar (//) garis uji beban dari titik sumbu dengan regangan 0.20%.

Gbr. Batas elastisitas kayu

c. Lenture kayu.

pada kemampuan mendukung gaya desak dan tarik kayu menyebabkan distribusi tampang kayu menjadi tidak berimbang.

Akibat beban yang semakin besar pada bagian desak tanpa terjadi retak-retak dahulu, akibatnya garis netral tampang semakin turun, akhirnya kayu patah.

Pada momen maksimum, distribusi tegangan pada desak menjadi garis lengkung para bola pangkat 2. Untuk hitungan kapasitas momen, diagram parabola disederhanakan menjadi bentuk trapezium.

Akibat kemampuan mendukung tegangan tarik desak yang berbeda. Untuk beban lentur kayu memiliki dukungan lentur > dair dukungan desak, dan < dari dukungan tarik.

Gbr. Distribusi tegangan pada tampang kayu akibat momen maksimum.

1. Tarik

2. Lentur

3. Desak.

Gbr. Perbandingan regangan – tegangan akibat berbagai beban.

d. Pengaruh berat jenis kayu.

Berat jenis kayu adalah berat kayu per-satuan volume pada keadaan kering udara ( w = 15-18%). Bila w = 0%, berat kayu per satuan volume adalah angka rapat kayu. Kondisi di Negara amerika dan eropa angaka rapat kayu sama dengan (=) berat jenis kayu. sedangkan berat jenis zat kayu sekitar 1,54.

Berat jenis dan angka rapat kayu berbeda-beda tergantung jumlah zat kayu persatuan volume. Jadi sifat mekanik kayu tergantung pada berat jenisnya. Semakin berat suatu kayu, semakin berat baik pula kekuatanya.

Kayu untuk struktur bangunan memiliki angka rapat antara 0,40-1. Di Indonesia sendiri hubungan antara berat jenis dan kekuatan kayu adalah “ linier”.

e. Pengaruh lama pembebanan.

Beban dialami oleh struktur bangunan kayu dapat terjadi dalam berbagai lama pembebanan.

Macam-macam beban :

1. Beban kejut (impact) merupaka beban yang terjadi dalam beberapa detik atau dalam seperberapa detik saja.

Contoh : beban lalulintas kendaraan, tiang pancang dll.

2. Beban jangak pendek merupakan beban yang terjadi dalam beberapa menit.

Contoh : uji kekuatan kayu di lab.± 5 menit perbenda uji.

3. Beban jangka sedang merupakan beban yang terjadi dalam jangka waktu setahun atau lebih.

Contoh : pekerjaan perancah.

4. Beban jangka panjang merupakan beban yang terjadi dalam waktu yang lama > 10 tahun.

Kayu akan dapat mendukung yang lebih besar (>) pada jangak waktu pembebanan yang lebih pendek. Asal beban selama 4 detik, beban yang didukung akan lebih besar dari pada untuk pembebanan selama 1 tahun. Ada hubungan antara lama pembebanan dan tegangan yang dapat didukung.

f. Kombinasi pembebanan.

Pada pelaksanaan, struktur bangunan, contoh : kuda-kuda mengalami berbagai macam beban gabungan / kombinasi.

Sifat beban.

1. Beban mati (berat sendiri) (M)

2. Beban hidup (H)

3. Beban angin (A)

4. Beban gempa (G).

Kombinasi beban.

1. Beban mati (M) + beban hidup (H) = beban tetap (permanen).

2. Beban sementara = (M+H+A) atau (M+H+G).

Table: pertambahan tegangan ijin pada berbagai beban.

Beban	Tambahan tegangan ijin
1. Tiupan angin (5-10’)	33,30%
2. Gempa bumi	33,30 %
3. Salju (2 bulan)	15 %
4. Beban orang (dilantai)	33,30 %
5. Beban kejut	100 %
6. Beban selama 7 hari	25 %
7. Beban mati + angin	15%

Pada kombinasi beban, untuk beban sementara tegangan yang dipakai harus dinaikan sebesar 125 %. Tegangan ijin (δ).

IV. SERAT KAYU.

Kayu untuk struktur bangunan, tidak selalu mempunyai serat lurus, karena pemotongan pohon tidak sejajar (//) arah seratnya.

Beban aksial yang arah seratnya menyimpang, menyebabkan kayu mengalami gaya sejajar (//) serat dan tegak lurus (L) serat. Terdapat perbedaan yang besar antara dukungan arah sejajar (//) serat dan tegak lurus (L) serat pada balok kayu akan menyebabkan dukungan kekuatan kayu berkurang.

Pada beban lentur dan gaya-gaya aksial pada batang yang seratnya miring. Penyimpangan arah gaya terhadap arah serat kayu dapat terjadi karena beban membentuk sudut α terhadap serat kayu.

Gbr. Penyimpangan arah serat.

Dari gambar menunjukan perbandingan tegangan kayu yang arah seratnya menyimpang.

Contoh : a/b = 1: 20 ----------à σ ds = 74 %

σ tr = 61 %

a/b = 1:20 ----------à σ td = σ tr = 100%

jadi bila a = 1 cm maka b= 20 cm

Gbr. Pembebanan dengan aah menyimpang arah serat.

Rumus yang dipakai untuk menentukan tegangan ijin pada pembebanan yang menyimpang arah serat.

1. Amerika memakai rumus hankinsen

σ ds.α =

2. Jerman dan swedia memakai sinusoida

Rumus :

3. Indonesia memakai rumus sinusoida

Rumus :

4. Belanda

Rumus :

5. Percobaan Howo.

Rumus :

V. MATA KAYU DAN RETAK-RETAK.

Dengan adanya mata kayu arah serat tidak lurus lagi (lihat gambar) lubang mata kayu > pengaruhnya terhadap kekuatan di bandingkan pengaruh lubang baut .

Gbr. Mata kayu pada batang kayu.

Mata kayu sangat memperlemah kekuatan batang tarik. Untuk batang lentur, mata kayu harus dihindari pada bagian tarik (lihat gambar) lebih-lebih ada retak-retak.

VI. Klasifikasi dan tegangan ijin kayu.

A. Klasifikasi kayu.

Kayu untuk struktur oleh lembaga penelitian hasil hutan bogor diklasifikasikan pada :

1. Tingkat keawetan

2. Tingkat kekuatan.

Pada tingkat keawetan dan kekuatan dipakai untuk menentukan tingkat pemakaian, agar kayu dapat dimanfaatkan lebih efisien.

1. Tingkat keawetan

Uji keawetan kayu dilakukan dengan memeriksa daya tahan terhadap pengaruh cuaca ( panas-air-angin) dan pengrusakan oleh rayap dan serangga lainya.

Hasil uji dan disusun table tingkat keawetan kayu bangunan untuk klas awet I-II-III-IV-V. dengan pengaruh kondisi diatas

2. Tingkat kekuatan

Didasarkan pada uji pembebanan, uji lentur dan uji desak ditambah besaranberat jenis kayu.

Kekutan kayu sebanding dengan berat jenis (b.j) kondisi kayu kering udara dengan w = 12-18 % atau rata-rata = 15 % hasil uji ditabelkan dengan jenis kelas kuat I-II-III-IV & V.

Contoh :

Klas kuat I σltr = 1000 kg/cm²

σds = 75 kg/cm²

B.J = 0.90 kg/cm².

3. Tingkat pemakaian.