Studi Aplikasi Penggunaan Wood Plastic Composite sebagai Panel Penahan Gaya Lateral

YUDHI ARNANDHA, Prof. Ir. Iman Satyarno, M.E., Ph.D; Ali Awaludin, S.T., M.Eng., Ph.D

2018 | Disertasi | S3 Ilmu Teknik Sipil

Wood Plastic Composite (WPC) adalah material turunan kayu yang diperoleh dengan mencampurkan bubuk kayu sebagai penyusun dasar dan polimer plastik sebagai material pengikatnya. Salah satu jenis WPC yang diproduksi di Indonesia adalah dalam bentuk papan berasal dari bubuk kayu Sengon dan sampah plastik jenis HDPE (High density polyethylene). WPC pada umumnya digunakan sebagai material non struktural, namun berdasarkan pengujian sebelumnya terhadap sifat mekanik papan WPC Sengon diperoleh nilai kuat geser berkisar 25 - 30 MPa. Berdasar hasil tersebut maka dilakukan pengujian aplikasi papan WPC Sengon sebagai penutup (sheathing) dinding geser. Penelitian ini meliputi pengujian sifat fisik dan mekanik WPC berdasarkan ASTM D7031 (Standard Guide for Evaluating Mechanical and Physical Properties of Wood Plastic Composite Products), ditambah dengan penelitian sambungan berdasar pada ASTM D5764 (Standard Test Method for Evaluating Dowel-Bearing Strength of Wood and Wood-Based Products). Pengujian siklik dilakukan dengan mengacu pada ASTM E 2126 (Standard Test Methods for Cyclic Load Test for Shear Resistance of Walls for Buildings). Papan WPC Sengon dipakai sebagai penutup dinding geser (sheathing) dan balok WPC Jati dipakai sebagai rangka dinding geser (stud). Baut diameter 10 mm digunakan sebagai alat sambung. Terdapat 3 jenis dinding geser yang diuji yaitu dinding geser standar tanpa perkuatan tambahan yang disebut panel WPC biasa, dinding geser dengan tambahan perkuatan rangka diagonal yang disebut panel WPC diagonal dan dinding geser dengan perkuatan arah melintang yang disebut panel WPC horisontal. Berdasarkan hasil pengujian, kadar air papan WPC sangat kecil yaitu sebesar 0,92%. Kemampuan serap air papan WPC juga rendah yaitu sebesar 0,09% (direndam 2 jam), 0,26% (direndam 2+22 jam) dan 0,24% (direndam langsung 24 jam). Nilai kuat tekan arah sejajar esktrusi sebesar 44,97 MPa sedangkan arah tegak lurus ekstrusi sebesar 43,91 MPa. Nilai MOR sejajar arah ekstrusi kondisi horisontal sebesar 40,49 MPa sedangkan kondisi vertikal sebesar 40,34 MPa. Nilai MOR tegak lurus arah ekstrusi kondisi horisontal sebesar 26,83 MPa sedangkan kondisi vertikal sebesar 23,04 MPa. Nilai MOE sejajar arah ekstrusi kondisi horisontal sebesar 3398,39 MPa sedangkan kondisi vertikal sebesar 2441,69 MPa. NilaiMOE tegak lurus arah ekstrusi kondisi horisontal sebesar 3562,55 MPa sedangkan kondisi vertikal sebesar 2152,55 MPa. Nilai kuat geser papan WPC lebih tinggi dibandingkan kayu maupun beton. Berdasar hasil pengujian diperoleh nilai kuat geser sebesar 27,355 MPa (arah sejajar ekstrusi) dan 26,788 MPa (arah tegak lurus ekstrusi). Perbedaan yang tidak signifikan antara arah sejajar ekstrusi dan arah tegak lurus ekstrusi menunjukkan bahwa kuat geser papan WPC tidak tergantung dari arah ekstrusinya. Hal ini dapat digunakan untuk keperluan struktural dalam bentuk dinding geser. Nilai kuat tarik papan WPC relatif rendah yaitu hanya berkisar 10,331 MPa (arah sejajar ekstrusi) dan 5,986 MPa (arah tegak lurus ekstrusi). Nilai kuat tarik rendah tersebut lebih dikarenakan sifat getas dari WPC. Kapasitas sistem sambungan WPC 1 tampang untuk baut dengan variasi diameter 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm berturut-turut sebesar 8041 N, 10643 N, 11880 N, 11810 N. Kapasitas sistem sambungan WPC 2 tampang untuk baut dengan diameter 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm berturut-turut sebesar 12552 N, 13572 N, 15246 N dan 13377,67 N. Prediksi kekuatan kapasitas sambungan European Yield Model (EYM) lebih rendah dibandingkan hasil pengujian, hal ini dikarenakan efek pengencang yang terjadi antara kepala baut dengan mur. Gaya lateral yang dapat ditahan melalui pengujian siklik untuk panel WPC biasa, panel WPC diagonal dan panel WPC horisontal adalah sebesar 27,59 kN; 30,36 kN; dan 34,39 kN pada drift ratio ke 3 yaitu simpangan sebesar 72 mm. Penambahan rangka meningkatkan daktilitas dan kekakuan sistem rangka dinding geser. Berdasarkan hasil tersebut maka papan WPC dapat direkomendasikan sebagai dinding geser karena memiliki tahanan lateral lebih tinggi dibandingkan papan kayu biasa.

Wood Plastic Composite (WPC) is a wood based material that been produced by mixing between wood sawdust and plastic polymer as a bonding agent. One of the WPC product that already been produced in Indonesia is WPC board from Albizia (Paraserianthes falcataria) and recycled HDPE (High density polyethylene) plastic. WPC were commonly used as a non-structural material, hence preliminary study indicated that WPC from Sengon sawdust had shear strength around 25 - 30 MPa. Hence, for structural application it is suggested that the WPC board is used for structural elements with high moment inertia, such as shear wall, as it has a lower modulus of elasticity but high shear strength. Furthermore, in depth study was conducted in order to figure out the application of using WPC board as sheathing for shear wall. This research consist of three major studies, firstly was study about physical and mechanical characteristics in accordance with ASTM D7031 (Standard Guide for Evaluating Mechanical and Physical Properties of Wood Plastic Composite Products). Secondly was study about WPC connection using bolt with different diameter in accordance with ASTM D5764 (Standard Test Method for Evaluating Dowel-Bearing Strength of Wood and Wood-Based Products). Thirdly was study about WPC shear wall in accordance with ASTM E 2126 (Standard Test Methods for Cyclic Load Test for Shear Resistance of Walls for Buildings). WPC board from Sengon was used as sheathing and WPC beam from Teak (Tectona grandis) was used as frame in shear wall system. There are three different type of shear wall specimens, regular WPC panel, diagonal braced WPC panel and horizontal braced WPC panel. From the physical characteristic tests, the water content of WPC from Sengon is relatively low around 0.92%. Water absorption of WPC was also low, around 0.09% (2 hours soaked); 0.26% (2+22 hours soaked) and 0.24% (24 hours soaked). For the mechanical properties, the compressive strength around 44.9 for parallel to extrusion and 43.9 MPa for the ones perpendicular to extrusion. The MOR and MOE around 26.8 MPa and 2298 MPa, respectively. The MOE of WPC around one tenth of that of wood or concrete. Shear strength are approximately 27.4 MPa, higher than common tropical wood. Nevertheless, the tensile strength is lower than common tropical wood, which is only 5.9 to 10.3 MPa, due to the absence of grain in WPC. The strength capacity of single sided connection using 6 mm; 8 mm; 10 mm; 12 mm respectively around 8041 N; 10643 N; 11880 N; 11810 N. The strength capacity of double sided connection using 6 mm; 8 mm; 10 mm; 12 mm respectively around 12552 N; 13572 N; 15246 N; 13377 N. The European Yield Model (EYM) seemingly under predicted these strength capacities due to the presence of additional compression between the bolt and the washer. Based on these cyclic tests, lateral forces that can be hold by these regular WPC panel, diagonal braced WPC panel and horizontal braced WPC panel were 27.6 kN; 30.4 kN; and 34.4 kN on the third drift ratio or lateral displacement of 72 mm. Diagonal and horizontal frame increase the ductility and stiffness for these WPC panels. According to these result, WPC can be used as an alternative for shear wall sheathing since it had higher lateral strength than original wood shear wall.

Kata Kunci : WPC, Sengon, panel penahan gaya lateral, siklik/WPC, Paraserianthes falcataria, shear wall, cyclic