Kajian Perbandingan Kuat Tumpu Baut Sejajar Serat Hasil Uji Eksperimental dan SNI 7973:2013

## NESSA VALIANTINE DIREDJA
Institut Teknologi Nasional Bandung Email: nessa.valiantine@itenas.ac.id

## ABSTRAK
Sambungan  merupakan  salah  satu  metode  yang  dapat  digunakan  untuk mendapatkan  dimensi  kayu  sesuai  kebutuhan  karena  terbatasnya  ukuran  kayu. Kuat  tumpu  pasak  pada  kayu  diperlukan  pada  perhitungan  sambungan  kayu. Melalui persamaan SNI 7973:2013 kuat tumpu pasak pada kayu dapat ditentukan berdasarkan berat jenis kayu, arah serat dan diameter pasak. Pada penelitian ini dilakukan pengujian eksperimental kuat tumpu baut sejajar serat pada 3 jenis kayu yang dibandingkan dengan analisis teoritis berdasarkan SNI 7973:2013. Pengujian dilakukan berdasarkan ASTM D5764-97a dengan menggunakan baut berdiameter 10  mm.  Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  kuat  tumpu  baut  hasil  pengujian eksperimental  nilainya  lebih  kecil  apabila  dibandingkan  dengan  persamaan berdasarkan SNI 7973:2013. Persen beda yang didapatkan adalah sebesar 52,57% untuk kayu Sengon; 18,01% untuk kayu Akasia dan 4,80% untuk kayu Meranti.
Kata kunci : kuat tumpu pasak, sejajar serat, SNI 7973:2013.

## ABSTRACT
Connection is one of method that can be used to get the dimension of wood as needed because the limited size of wood. Bearing strength of wood is required on timber connection calculation. According to SNI 7973:2013, bearing strength can be determined based on the spesific  gravity, direction of grain and diameter of fasteners. This study compares the value of bearing strength parrallel to wood grain on 3 different types of wood obtain from experimental test with theoritically generated valued based on SNI 7973:2013. Experimental test is done based on ASTM D5764-97a using 10 mm diameter bolts. The result showed that the bearing strength of experimental test has less value compared with the equation based on the SNI 7973:2013. The percentage differences are 52,57% for Sengon; 18,01% for Acasia and 4,80% for Meranti.
Keywords : dowel bearing strength, parallel to grain, SNI 7973:2013.

## 1. PENDAHULUAN
Kayu  merupakan  bahan  konstruksi  yang  paling  disukai  oleh  masyarakat  Indonesia  karena sifatnya  yang  ringan  dan  mudah  dalam  pengerjaan.  Kayu  memiliki  sifat  yang  berbeda bergantung  kepada  jenisnya,  salah  satu  faktor  yang  mempengaruhi  kekuatan  kayu  adalah berat  jenis,  kadar  air,  lama  pembebanan,  jenis  kayu  juga  besar  serta  lokasi  cacat  kayu. Umumnya semakin besar berat jenis suatu kayu maka semakin besar pula kekuatannya. Selain itu, kadar air juga memiliki pengaruh terhadap kekuatan mekanik kayu, semakin kecil kadar air  dari  suatu  kayu  semakin  meningkat  sifat  mekanik  kayu  tersebut  (Rammer,  D.  R.  & Winistorfer,  S.  G.,  1999).  Pengaruh  kadar  air  terhadap  kekuatan  kayu  dapat  dilihat  pada Gambar 1 .
Gambar 1. Pengaruh kadar air pada kekuatan kayu. A, kuat tarik sejajar serat;
B, kuat lentur; C, kuat tekan sejajar serat; D, kuat tekan tegak lurus serat; E, kuat tarik tegak lurus serat.
(Sumber: Forest Product Laboratory, 1999)
Kayu yang merupakan bahan murni dari alam membuat  material ini sangat terbatas dalam segi ukuran yang diperlukan untuk konstruksi. Keterbatasan ini membuat kayu membutuhkan sambungan  untuk  memenuhi  dimensi  yang  diperlukan.  Umumnya  sambungan  merupakan bagian struktur yang rentan mengalami kegagalan. Pada sambungan kayu terdapat beberapa moda  kegagalan,  salah  satunya  adalah  kegagalan  tumpu  pada  komponen  utama  atau komponen  samping  maupun  kegagalan  pada  alat  sambung.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk membandingkan kekuatan tumpu baut dengan menggunakan baut berdiameter 10 mm pada 3  jenis  kayu  yaitu  kayu  Sengon,  kayu  Akasia  dan  kayu  Meranti  berdasarkan  pengujian eksperimental yang dibandingkan dengan analisis berdasarkan persamaan yang terdapat pada Badan Standardisasi Nasional (2013).

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Kayu merupakan material ortotropik sehingga membuat kayu memiliki sifat mekanik yang unik pada ketiga sumbu aksisnya yaitu, sumbu tangensial,  radial dan longitudinal. Sifat mekanik kayu juga bergantung pada jenisnya. Sifat mekanik kayu yang umumnya diperhitungkan dalam desain adalah kuat geser, kuat lentur, kuat tekan, kuat tumpu dan kuat tarik.
Kuat tumpu pasak adalah salah satu parameter yang diperlukan pada perhitungan sambungan kayu yang merupakan kekuatan maksimum kayu pada sekeliling lubang yang dibebani pasak. Berdasarkan Badan Standardisasi Nasional (2013), besar kuat tumpu pasak kayu bergantung pada  berat  jenis  kayu,  arah  serat  dan  diameter  pasak  yang  digunakan.  Pasak  atau  alat pengencang yang biasanya digunakan di Indonesia adalah paku, sekrup dan baut. Baut sangat

## Studi Eksperimental Kuat Tumpu Baut Sejajar Serat pada Kayu
umum  digunakan  pada  sambungan  kayu  karena  memiliki  kelebihan  yaitu  mudah  dalam pemasangan,  ekonomis  serta  mampu  menahan  beban  besar.  Baut  dapat  digunakan  pada sambungan  kayu  geser  tunggal  maupun  sambungan  geser  ganda.  Kekuatan  sambungan menggunakan  baut  ditentukan  oleh  beberapa  parameter  yaitu  kuat  leleh  lentur  dari pengencang, kuat tumpu atau kuat geser dari komponen kayu dan geometri sambungan itu sendiri (Breyer, D. E. et al., 2015).
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Thomas  L  Wilkinson  (1991)  menyebutkan  bahwa  kekuatan tumpu  baut  sejajar  serat  bergantung  pada  berat  jenis,  kuat  tumpu  baut  tegak  lurus  serat bergantung pada berat jenis dan diameter baut, sedangkan kuat tumpu pasak menggunakan paku bergantung pada berat jenis saja.
Pada sambungan kayu, kegagalan tumpu pasak pada komponen utama maupun komponen samping umumnya merupakan kegagalan yang paling sering terjadi. Berdasarkan persamaan dari Badan Standardisasi Nasional (2013), kuat tumpu pasak kayu sejajar serat dapat dihitung menggunakan Persamaan 1 dan Persamaan 2 .
𝐹 𝑒 = 70𝐺 untuk D ≤ 6,35 mm … (1) 𝐹 𝑒 = 100𝐺 1,84 untuk D > 6,35 mm … (2)
halmana:
𝐹 𝑒
= kuat tumpu pasak [MPa],
𝐺 = berat jenis kayu [gr/cm 3 ], 𝐷 = diameter pasak [mm].
Untuk mengetahui kapasitas kekuatan tumpu yang terjadi digunakan pendekatan European Yield  Model  (EYM).  Teori  umum  mengenai  teori  leleh  adalah  mengasumsikan  mekanisme plastisitas pada alat sambung dan sambungan kayu (Aune, P. & Mallory, M. P., 1986). Kuat tumpu ( 𝐹 𝑒 ) pada kondisi 5% offset dapat diperoleh dengan cara membagi beban leleh pada saat  5% offset  ( 𝑃 5% )  dengan  diameter  baut  dan  tebal  benda  uji.  Penentuan  titik  leleh berdasarkan teori EYM dapat dilihat pada Gambar 2 .
Gambar 2. Penentuan titik leleh berdasarkan teori EYM (Sumber: ASTM D5764-97a, 1997)

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan dua metode, yaitu dengan cara analisis dan berdasarkan hasil pengujian eksperimental. Pada pengujian eksperimental, pengujian dilakukan menggunakan Universal  Testing  Machine  (UTM),  metode  tes  kuat  tumpu  pasak  didasarkan  pada  ASTM D5764-97a (1997). ASTM ini menyediakan prosedur untuk pengujian kekuatan tumpu pasak baik  untuk  kayu  ataupun  produk  yang  berbasis  kayu.  Dalam  pengujian  kuat  tumpu  pasak, terdapat 2 metode yang dapat digunakan, yaitu metode lubang penuh dan metode setengah lubang. Pada penelitian ini metode yang digunakan adalah metode setengah lubang. Pengujian dengan  konfigurasi  lubang  penuh  dapat  dilaksanakan  apabila  benda  uji  cenderung  untuk mengalami split sebelum pengujian selesai. Konfigurasi benda uji-setengah lubang ditunjukkan pada Gambar 3 .
Gambar 3. Konfigurasi benda uji-setengah lubang (Sumber: ASTM D5764-97a, 1997)
Prosedur pengujian kuat tumpu pasak dengan metode setengah lubang dilakukan dengan cara sebagai berikut:
1. Mula-mula  masing-masing  benda  uji  diukur  dan  ditimbang  untuk  mengetahui  berat jenisnya. Berat jenis ini diperlukan sebagai parameter pada perhitungan analisis teoritis.
2. Pengujian kuat tumpu dilakukan menggunakan mesin UTM dengan cara meletakkan baut berdiameter 10 mm diatas setengah lubang pada benda uji.
3. Benda uji diletakkan pada mesin UTM dan mulai dilakukan pengujian tekan.
4. Beban tekan kemudian diberikan secara merata sepanjang baut. Peralihan yang dialami oleh baut bisa diwakili dengan pergerakan moveable crosshead pada UTM. Kecepatan yang diberikan adalah 1 mm/menit.
5. Pengujian berhenti pada saat beban maksimum sudah dicapai atau baut telah tertanam ke dalam kayu ( Gambar 4 ).
(a)
(b)
Gambar 4.  (a) benda Uji saat diberikan beban; (b) kondisi kondisi benda uji setelah pengujian

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Melalui hasil pengujian eksperimental didapatkan nilai kurva hubungan beban dan peralihan untuk  kayu  Sengon,  kayu  Akasia  dan  Kayu  meranti  yang  dapat  dilihat  pada Gambar  5 , Gambar 6 dan Gambar 7 . Nilai kuat tumpu baut didapatkan dengan membuat garis lurus yang menyingung daerah linier awal pada grafik lalu membuat garis offset sejarak 5% dari diameter baut yang digunakan, kemudian beban leleh didapatkan dari hasil perpotongan garis offset dengan grafik hubungan beban dan peralihan. Jika garis offset tidak memotong grafik maka beban maksimum yang digunakan sebagai beban leleh.
Gambar 5. Kurva peralihan vs beban kayu Sengon
0 500 1000 1500 2000 2500 0 10 20 30 40 50 60 B eb an (N ) Peralihan (mm)
Benda Uji 1 Benda Uji 2
Benda Uji 3 Benda Uji 4 Benda Uji 5 Benda Uji 6 Benda Uji 7
Gambar 6. Kurva peralihan vs beban kayu Akasia

## Gambar 7. Kurva peralihan vs beban kayu Meranti
Melalui  kurva  hubungan  beban  vs  peralihan  pada Gambar  5 , Gambar  6 dan Gambar  7 didapatkan beban leleh dari masing-masing benda uij. Nilai kuat tumpu pasak dan berat jenis untuk masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 1 .
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 0.5 1 1.5 B eb an (N ) Peralihan (mm)
Benda Uji 1 Benda Uji 2 Benda Uji 3 Benda Uji 4 Benda Uji 5 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 0.5 1 B eb an (N ) Peralihan (mm) Benda Uji 1 Benda Uji 2
Benda Uji 3 Benda Uji 4

## Studi Eksperimental Kuat Tumpu Baut Sejajar Serat pada Kayu
Tabel 1. Kuat Tumpu Pasak Sejajar Serat dan Berat Jenis
Berdasarkan Hasil Uji Eksperimental Jenis Kayu No. Benda Uji Tebal Benda Uji [mm] 𝑷 𝟓% [N] 𝑮 [gr/cm 3 ] 𝑭 𝒆 [MPa] 𝑭 𝒆 𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂 Eksperimen [MPa] Sengon 1 20 2.000 0,35 10,00 2 20 2.100 0,32 10,50
11,05 3 20 2.200 0,31 11,00 4 19,75 2.300 0,35 11,65 5 20 2.300 0,32 11,50 6 20,5 2.350 0,34 11,46 7 20,5 2.300 0,34 11,22 Akasia 1 20,5 7.150 0,66 34,88
37,19 2 20 7.500 0,64 37,50 3 19,5 7.450 0,62 38,21 4 19 7.300 0,68 38,42 5 19,5 7.200 0,64 36,92 Meranti 1 18,5 8.200 0,68 44,32 43,98 2 19 8.100 0,66 42,63 3 20 8.150 0,62 41,79 4 19,5 9.200 0,68 47,18 Tabel 2. Perbandingan Hasil Pengujian Kuat Tumpu Baut Hasil Uji Eksperimental dengan Analisis Teoritis Jenis Kayu No. Benda Uji 𝑮 [gr/cm 3 ] 𝑭 𝒆 𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂 Eksperimen [MPa] 𝑭 𝒆 = 𝟕𝟎𝑺𝑮 [MPa] 𝑭 𝒆 𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂 Analisis [MPa] Persensi Beda [%]
Sengon
1 0,35 24,50 23,30 52,57 2 0,32
11,05 22,40 3 0,31 21,70 4 0,35 24,50 5 0,32 22,40 6 0,34 23,80 7 0,34 23,80 Akasia 1 0,66
37,19 46,20 45,36
18,01 2 0,64 44,80 3 0,62 43,40 4 0,68 47,60 5 0,64 44,80 Meranti 1 0,68 43,98 47,60 46,20 4,80 2 0,66 46,20 3 0,62 43,40 4 0,68 47,60
Melalui hasil pengujian didapatkan berat jenis dari masing-masing benda uji yang kemudian digunakan sebagai parameter menghitung kuat tumpu dengan metode analisis teoritis, berat jenis  rata-rata  untuk  kayu  Sengon  adalah  sebesar  0,33  gr/cm 3 ;  kayu  Akasia  sebesar  0,65 gr/cm 3 ; dan kayu Meranti sebesar 0,66 gr/cm 3 . Melalui hasil perhitungan analisis seperti yang terlihat pada Tabel 2 didapatkan nilai kuat tumpu rata-rata untuk kayu Sengon adalah sebesar 23,30 MPa; kayu Akasia sebesar 45,36 MPa; dan kayu Meranti sebesar 46,20 MPa. Nilai kuat tumpu ekperimental didapatkan dengan cara membagi 𝑃 5% dengan diameter baut dan tebal benda uji, sehingga didapatkan nilai kuat tumpu rata-rata eksperimental untuk kayu Sengon sebesar 11,05 MPa; Akasia sebesar 37,19 MPa; dan  Meranti sebesar 43,98 MPa.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian eksperimental dan analisis berdasarkan persamaan yang terdapat pada  Badan  Standardisasi  Nasional  (2013)  dapat  disimpulkan  bahwa  hasil  analisis  teoritis menghasilkan nilai kuat tumpu baut sejajar serat yang lebih besar dibandingkan dengan hasil pengujian  eksperimental.  Persensi  beda  antara  pengujian  eksperimental  dan  hasil  analisis adalah sebesar 52,57% untuk kayu Sengon; 18,01% untuk kayu Akasia; dan 4,80% untuk kayu Meranti.

## 5.2 Saran
1. Dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan diameter pasak, jenis pasak, jenis kayu dan kemiringan serat yang berbeda.
2. Dilakukan penelitian perbandingan pengaruh antara kuat tumpu pasak dengan benda uji lubang setengah dan lubang penuh.

## DAFTAR RUJUKAN
ASTM  D5764-97a.  (1997). Standard Test Method for Evaluating Dowel-Bearing Strength of Wood and Wood Based Product. West Conchohocken: ASTM International. Aune, P. & Mallory, M. P. (1986). Lateral Load Bearing Capasity of Nailed Joint Based on The Yield  Theory.  Madison,  Winconsin:  Forest  Product  Laboratory,  United  States Department of Agriculture.
Badan  Standardisasi  Nasional.  (2013). SNI  7973:2013  tentang  Spesifikasi  Desain  Untuk Konstruksi Kayu. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional. Breyer, D. E., Fridley, K. J., Cobeen, K. E. & Pollock, D. G. (2015). Design of Wood Structure (7 ed.). New York: McGraw-Hill. Forest Product Laboratory. (1999). Wood Handbook - Wood as Engineering Material. Madison, Winconsin: Forest Product Laboratory, United States Department of Agriculture. Rammer,  D.  R.  &  Winistorfer,  S.  G.  (1999). Effect  of  Moisture  Content  on  Dowel-Bearing Strength. Madison, Winconsin: Forest Product Laboratory, United States Department of Agriculture.
Wilkinson, T. (1991). Dowel Bearing Strength. Madison, Winconsin: Forest Product Laboratory, United States Department of Agriculture.